La conversione e l'utilizzo dell'energia solare per la produzione di combustibili chimici e il risanamento ambientale attraverso la fotocatalisi artificiale sono stati riconosciuti come un percorso ideale per affrontare i problemi energetici e ambientali critici. Il pieno utilizzo della luce solare è una grande sfida per raggiungere un'efficienza sufficiente nelle applicazioni pratiche, e restringere la banda proibita di un fotocatalizzatore indebolisce la forza trainante per le reazioni redox, in particolare l'ossidazione dell'acqua e la degradazione degli inquinanti, perché queste reazioni implicano un complicato processo multielettronico. Perciò, lo sviluppo di un ampio spettro, fotocatalizzatori reattivi e altamente efficienti per l'ossidazione dell'acqua e la degradazione degli inquinanti è un problema critico da affrontare al momento.

Materiali a base di ossometallati, come BiVO ₄ , Bi2WO ₆ , Bi ₂ Muggire ₆ , eccetera., sono stati ampiamente studiati come fotocatalizzatori attivi alla luce visibile e mostrano eccellenti prestazioni fotocatalitiche nell'ossidazione dell'acqua e nella degradazione degli inquinanti, che beneficia principalmente della posizione della banda di valenza sufficientemente profonda. In questo lavoro, un Bi . reattivo ad ampio spettro ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ fotocatalizzatore nanorod è stato costruito con successo. A causa dell'ibridazione di Cr 3d con orbitali O 2p sposta il minimo della banda di conduzione verso il basso, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ permette il suo assorbimento fino all'intera regione visibile (~678 nm) con un'efficienza teorica dello spettro solare del 42,0%. E il suo VB di 1,95 eV (vs. NHE pH=7) è più positivo del potenziale di ossidazione di OH-/O ₂ , il che indica che i fori fotogenerati di Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ Il fotocatalizzatore nanorod possiede una capacità di ossidazione estremamente forte.

Come mostrato nella Figura 1a, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ ha mostrato prestazioni di ossidazione dell'acqua fotocatalitica estremamente superiori, e il suo tasso medio di evoluzione dell'O2 ha raggiunto 14,94 μmol h-1, circa 11,5 e 4,0 volte superiore a quello dei nanosheet Bi2WO6 e dei WO commerciali ₃ nanoparticelle. Oltretutto, ha conseguentemente raggiunto una notevole efficienza quantica apparente (AQE) 2,87% a 420 nm, anche 0,65% a 650 nm (Figura 1b), superiore a molti fotocatalizzatori ad ampio spettro riportati. Più notevolmente, la sua ottima attività si manifesta anche nella degradazione fotocatalitica del fenolo. La sua costante di reazione di degradazione potrebbe raggiungere 0,119 min-1, circa 22,5 e 8,8 volte superiori ai nanofili CdS e ai fotocatalizzatori supramolecolari PDI, rispettivamente (Figura 1c). Anche la sua attività di degradazione non è inferiore a P25 TiO2 sotto la luce solare simulata, circa 2,9 volte superiore a quest'ultimo.

Sorprendentemente, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ presentava anche una capacità di mineralizzazione estremamente forte, che consente quasi la degradazione simultanea e la completa mineralizzazione del fenolo. I tassi di rimozione del carbonio organico totale di fenolo su Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ sotto la luce visibile e la luce solare simulata è del 94,8% (tasso di degradazione:95,5%) e del 97,3% (tasso di degradazione:98,1%) in 0,5 h, rispettivamente, mentre quello di CdS, PDI e P25 sono significativamente inferiori ai corrispondenti tassi di degradazione. Anche sotto irraggiamento di luce rossa a 650 nm, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ è ancora in grado di degradare e contemporaneamente mineralizzare completamente il fenolo (Figura 1d), e pochi fotocatalizzatori ad ampio spettro possono raggiungere questo obiettivo.

Oltretutto, i momenti di dipolo di Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ è stato calcolato a 22,32 Debye (D), che si traduce in un gigantesco campo elettrico interno (IEF). Come mostrato nella Figura 1e, rispetto a Bi ₁₄ Cro ₂₄ , Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ con un dipolo maggiore ha mostrato un IEF significativamente più alto, efficienza di separazione di carica e prestazioni fotocatalitiche. Perciò, come illustrato nello Schema 1, il grande dipolo cristallino di Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ induce un IEF gigante, che accelera la rapida separazione delle coppie elettrone-lacuna fotogenerate e migliora esponenzialmente le sue prestazioni fotocatalitiche. Più importante, in base al meccanismo di cui sopra, molti fotocatalizzatori più efficienti possono essere progettati con successo regolando il dipolo cristallino.