Se ha reconocido que la conversión y utilización de la energía solar para la producción de combustibles químicos y la remediación ambiental a través de la fotocatálisis artificial es una ruta ideal para abordar las preocupaciones energéticas y ambientales críticas. La plena utilización de la luz solar es un gran desafío para lograr una eficiencia suficiente en aplicaciones prácticas, y reducir la banda prohibida de un fotocatalizador debilita la fuerza impulsora de las reacciones redox, especialmente la oxidación del agua y la degradación de contaminantes, porque estas reacciones implican un complicado proceso de varios electrones. Por lo tanto, el desarrollo de un amplio espectro, Los fotocatalizadores sensibles y altamente eficientes para la oxidación del agua y la degradación de contaminantes son un tema crítico que debe abordarse en la actualidad.

Materiales de oxometalato bi-basados, como BiVO ₄ ¬, Bi2WO ₆ , Bi ₂ Mugir ₆ , etc., se han estudiado ampliamente como fotocatalizadores activos de luz visible y exhiben un excelente rendimiento fotocatalítico en la oxidación del agua y la degradación de contaminantes, que se beneficia principalmente de su posición de banda de valencia suficientemente profunda. En este trabajo, un Bi de respuesta de amplio espectro ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ El fotocatalizador nanorod se construyó con éxito. Debido a la hibridación de Cr 3d con orbitales de O 2p desplaza el mínimo de la banda de conducción hacia abajo, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ permite su absorción hasta toda la región visible (~ 678 nm) con una eficiencia del espectro solar teórico del 42,0%. Y su VB de 1,95 eV (frente a NHE pH =7) es más positivo que el potencial de oxidación de OH- / O ₂ , lo que indica que los agujeros fotogenerados de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ El fotocatalizador nanorod posee una capacidad de oxidación extremadamente fuerte.

Como se muestra en la Figura 1a, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ exhibió un rendimiento de oxidación de agua fotocatalítica extremadamente superior, y su tasa media de evolución de O2 alcanzó 14,94 μmol h-1, aproximadamente 11,5 y 4,0 veces mayor que el de las nanohojas Bi2WO6 y el WO comercial ₃ nanopartículas. Además, En consecuencia, logró una eficiencia cuántica aparente considerable (AQE) del 2,87% a 420 nm, incluso 0,65% a 650 nm (Figura 1b), más alto que muchos fotocatalizadores de amplio espectro informados. Más notablemente, su excelente actividad también se manifiesta en la degradación fotocatalítica del fenol. Su constante de reacción de degradación podría alcanzar 0,119 min-1, aproximadamente 22,5 y 8,8 veces más alto que los nanocables de CdS y los fotocatalizadores supramoleculares PDI, respectivamente (Figura 1c). Incluso su actividad de degradación no es inferior a P25 TiO2 bajo luz solar simulada, aproximadamente 2,9 veces más alto que este último.

Notablemente, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ también presentó una capacidad de mineralización extremadamente fuerte, que casi permite la degradación simultánea y la mineralización completa del fenol. Las tasas de remoción de carbono orgánico total de fenol sobre Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ bajo luz visible y luz solar simulada es del 94,8% (tasa de degradación:95,5%) y del 97,3% (tasa de degradación:98,1%) en 0,5 h, respectivamente, mientras que el de CdS, PDI y P25 son significativamente más bajos que sus correspondientes tasas de degradación. Incluso bajo irradiación de luz roja de 650 nm, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ todavía es capaz de degradar y mineralizar completamente el fenol simultáneamente (Figura 1d), y pocos fotocatalizadores de amplio espectro pueden lograrlo.

Además, los momentos dipolares de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ se calculó en 22,32 Debye (D), lo que da como resultado un campo eléctrico interno gigante (IEF). Como se muestra en la Figura 1e, comparado con Bi ₁₄ CrO ₂₄ , Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ con un dipolo mayor mostró un IEF significativamente mayor, eficiencia de separación de carga y rendimiento fotocatalítico. Por lo tanto, como se ilustra en el esquema 1, el gran dipolo de cristal de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ induce un IEF gigante, que acelera la separación rápida de pares de electrones-huecos fotogenerados y mejora exponencialmente su rendimiento fotocatalítico. Más importante, basado en el mecanismo anterior, Se pueden diseñar con éxito muchos fotocatalizadores más eficientes regulando el dipolo de cristal.