A conversão e utilização da energia solar para a produção de combustível químico e remediação ambiental por meio de fotocatálise artificial foram reconhecidas como uma rota ideal para lidar com as questões ambientais e energéticas críticas. A plena utilização da luz solar é um grande desafio para alcançar eficiência suficiente em aplicações práticas, e estreitar o bandgap de um fotocatalisador enfraquece a força motriz para as reações redox, especialmente oxidação da água e degradação de poluentes, porque essas reações envolvem um processo complexo de vários elétrons. Portanto, o desenvolvimento de um amplo espectro, fotocatalisadores responsivos e altamente eficientes para a oxidação da água e degradação de poluentes é uma questão crítica a ser tratada no momento.

Materiais de oxometalato de base dupla, como BiVO ₄ ¬, Bi2WO ₆ , Bi ₂ MoO ₆ , etc, têm sido amplamente estudados como fotocatalisadores ativos de luz visível e apresentam excelente desempenho fotocatalítico na oxidação da água e degradação de poluentes, que está se beneficiando principalmente de sua posição de banda de valência suficientemente profunda. Nesse trabalho, um Bi responsivo de amplo espectro ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ o fotocatalisador nanorod foi construído com sucesso. Devido à hibridização de Cr 3d com orbitais O 2p muda a banda de condução no mínimo para baixo, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ permite sua absorção em toda a região visível (~ 678 nm) com uma eficiência teórica do espectro solar de 42,0%. E seu VB de 1,95 eV (vs. NHE pH =7) é mais positivo do que o potencial de oxidação de OH- / O ₂ , o que indica que os orifícios fotogerados de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ o fotocatalisador nanorod possui capacidade de oxidação extremamente forte.

Conforme mostrado na Figura 1a, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ exibiu desempenho de oxidação fotocatalítica de água extremamente superior, e sua taxa média de evolução de O2 atingiu 14,94 μmol h-1, cerca de 11,5 e 4,0 vezes maior do que as nanofolhas Bi2WO6 e WO comercial ₃ nanopartículas. Além do mais, consequentemente, alcançou uma considerável eficiência quântica aparente (AQE) 2,87% a 420 nm, mesmo 0,65% a 650 nm (Figura 1b), maior do que muitos fotocatalisadores de amplo espectro relatados. Mais notavelmente, sua excelente atividade também se manifesta na degradação fotocatalítica do fenol. Sua constante de reação de degradação pode chegar a 0,119 min-1, cerca de 22,5 e 8,8 vezes maior do que os nanofios CdS e fotocatalisadores supramoleculares PDI, respectivamente (Figura 1c). Mesmo sua atividade de degradação não é inferior a P25 TiO2 sob luz solar simulada, cerca de 2,9 vezes maior do que o último.

Notavelmente, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ também apresentou capacidade de mineralização extremamente forte, o que quase permite a degradação simultânea e a mineralização completa para o fenol. As taxas de remoção de carbono orgânico total de fenol ao longo de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ sob luz visível e luz solar simulada é 94,8% (taxa de degradação:95,5%) e 97,3% (taxa de degradação:98,1%) em 0,5 h, respectivamente, enquanto o do CdS, PDI e P25 são significativamente menores do que suas taxas de degradação correspondentes. Mesmo sob irradiação de luz vermelha de 650 nm, Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ ainda é capaz de degradar e mineralizar completamente o fenol simultaneamente (Figura 1d), e poucos fotocatalisadores de amplo espectro podem conseguir isso.

Além do mais, os momentos dipolares de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ foi calculado para 22,32 Debye (D), o que resulta em um campo elétrico interno gigante (IEF). Conforme mostrado na Figura 1e, em comparação com Bi ₁₄ CrO ₂₄ , Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ com um dipolo maior mostrou um IEF significativamente maior, eficiência de separação de carga e desempenho fotocatalítico. Portanto, conforme ilustrado no Esquema 1, o grande dipolo de cristal de Bi ₈ (CrO ₄ ) O ₁₁ induz um IEF gigante, que acelera a separação rápida de pares de elétron-buraco fotogerados e aumenta exponencialmente seu desempenho fotocatalítico. Mais importante, com base no mecanismo acima, muitos fotocatalisadores mais eficientes podem ser projetados com sucesso regulando o dipolo do cristal.