来源:X-MOL

结合可见光响应和高效电荷分离的半导体合理设计仍然是光催化中的根本挑战。我们报告了一种镧系合成策略，用于合成一系列对可见光响应的铋氧氯化物，LnBi2O4Cl（Ln = Lu， Yb， Er， Eu， Sm， Nd）。镧系离子整合到[Bi2O2]萤石层中，形成三氟矿[Bi2LnO 4]结构，通过电子层间相互作用诱导结构重组。该方法实现了从 500 纳米到 620 纳米的系统性吸收边缘延伸，同时通过范德华相互作用调制电子结构和卤素层堆叠。独特的镧系收缩和 4f 电子构型增强了电荷载流子动力学，ErBi2O4Cl 相比原始 BiOCl 展现出 200 倍的载流子寿命延长 200 倍，载流子迁移率提升 1.21 倍，载流子密度增加 10 倍。表面光压和光沉积实验确认氧化还原中心空间分离，电荷分离效率提升了 20 倍。光催化氢和氧的演化活动遵循火山型趋势，镧系元素原子序数递减，主要受电荷分离效率的决定。RuO x -负载的 LnBi2O4Cl（Ln = Lu， Yb， Er）在使用 Fe2+/Fe 3+ 氧化还原穿梭离子时，在 420 nm 波长下实现了超过 8%的氧演化量子效率，优于类似的氯化铋离子。最后，我们展示了一个高效的 Z-方案系统，采用 SrTiO3：Rh 和 ErBi2O4Cl 进行整体水分分离。 本研究确立了镧系化物掺入作为设计高性能、对可见光响应的分层光催化剂的通用策略，通过周期性调控其结构和电子特性。