Konvertering och användning av solenergi för kemisk bränsleproduktion och miljösanering genom artificiell fotokatalys har erkänts vara en idealisk väg för att hantera de kritiska energi- och miljöhänsynen. Hela utnyttjandet av solsken är en stor utmaning för att uppnå tillräcklig effektivitet i praktiska tillämpningar, och minskning av bandgapet hos en fotokatalysator försvagar drivkraften för redoxreaktioner, särskilt vattenoxidation och nedbrytning av föroreningar, eftersom dessa reaktioner innebär en komplicerad process med flera elektroner. Därför, utvecklingen av ett brett spektrum, lyhörda och mycket effektiva fotokatalysatorer för vattenoxidation och nedbrytning av föroreningar är en kritisk fråga som måste behandlas för närvarande.

Bi-baserade oxometallatmaterial, såsom BiVO ₄ ¬, Bi2WO ₆ , Bi ₂ Mu ₆ , etc., har studerats i stor utsträckning som aktiva fotokatalysatorer i synligt ljus och uppvisar utmärkt fotokatalytisk prestanda vid vattenoxidation och nedbrytning av föroreningar, som främst gynnas av deras tillräckligt djupa valensbandposition. I det här arbetet, ett brett spektrum responsivt Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ nanorod fotokatalysator konstruerades framgångsrikt. På grund av hybridiseringen av Cr 3d med O 2p orbitaler förskjuter ledningsbandets minimum ner, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ möjliggör absorption upp till hela det synliga området (~ 678 nm) med en teoretisk solspektrumeffektivitet på 42,0%. Och dess VB på 1,95 eV (mot NHE pH =7) är mer positiv än oxidationspotentialen för OH-/O ₂ , vilket indikerar att de fotogenererade hålen i Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ nanorod fotokatalysator har extremt stark oxidationsförmåga.

Som visas i figur la, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ uppvisade mycket bättre fotokatalytisk vattenoxidationsprestanda, och dess genomsnittliga O2-utvecklingshastighet nådde 14,94 μmol h-1, cirka 11,5 och 4,0 gånger högre än för Bi2WO6 nanosheet och kommersiell WO ₃ nanopartiklar. Förutom, den uppnådde följaktligen en avsevärd uppenbar kvanteffektivitet (AQE) 2,87% vid 420 nm, även 0,65% vid 650 nm (figur 1b), högre än många rapporterade bredspektrumdrivna fotokatalysatorer. Mest märkbart, dess utmärkta aktivitet manifesteras också i fotokatalytisk nedbrytning av fenol. Dess nedbrytningsreaktionskonstant kan nå 0.119 min-1, cirka 22,5 och 8,8 gånger högre än CdS nanotrådar och PDI supramolekylära fotokatalysatorer, respektive (figur 1c). Även dess nedbrytningsaktivitet är inte sämre än P25 TiO2 under simulerat solljus, cirka 2,9 gånger högre än den senare.

Anmärkningsvärt, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ presenterade också extremt stark mineraliseringsförmåga, vilket nästan möjliggör samtidig nedbrytning och fullständig mineralisering för fenol. De totala avlägsnandegraden av organiskt kol för fenol över Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ under synligt ljus och simulerat solljus är 94,8% (nedbrytningshastighet:95,5%) och 97,3% (nedbrytningshastighet:98,1%) på 0,5 timmar, respektive, medan CdS, PDI och P25 är betydligt lägre än motsvarande nedbrytningshastigheter. Även under 650 nm bestrålning med rött ljus, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ fortfarande kan bryta ner och helt mineralisera fenol (figur 1d), och få bredspektrumdrivna fotokatalysatorer kan uppnå det.

Förutom, dipolmomenten i Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ beräknades till 22,32 Debye (D), vilket resulterar i ett jätte internt elektriskt fält (IEF). Som visas i figur 1e, jämfört med Bi ₁₄ CrO ₂₄ , Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ med en större dipol visade en signifikant högre IEF, laddningssepareringseffektivitet och fotokatalytisk prestanda. Därför, som visas i schema 1, den stora kristalldipolen av Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ framkallar en jätte IEF, vilket påskyndar den snabba separationen av fotogenererade elektronhålspar och exponentiellt förbättrar dess fotokatalytiska prestanda. Viktigast, baserat på ovanstående mekanism, många mer effektiva fotokatalysatorer kan utformas framgångsrikt genom att reglera kristalldipolen.