具有铋氧双空位的超薄BiVO4纳米片构建及其光催化氮还原性能研究

本文综述了通过两步协同法成功构建具有铋空位(VBi)和氧空位(VO)的超薄BiVO4纳米片(2D-VBi+O-BVO)。研究表明，该材料在可见光下氮还原活性达到158.73 μmol·g–1·h–1，较体相材料提升4.7倍。其优异性能源于超薄结构最大化(040)活性晶面富集电子，双空位分别促进N2吸附活化和H2O解离，协同提升光生载流子分离效率。

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Materials

氯化胆碱(C₅H₁₄ClNO)和五水硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)购自上海麦克林生化科技有限公司。氢氧化钠(NaOH)购自上海万伟生物股份有限公司。CTAB(C₁₉H₄₂BrN)购自上海碧云天生物技术有限公司。偏钒酸钠(Na₃VO₄)购自上海阿达玛斯试剂有限公司。乙二醇((CH₂OH)₂)购自广东光华科技股份有限公司。本研究所用试剂均为分析纯。

BiVO₄的结构形貌

通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对BiVO₄的结构、形貌和元素分布进行了分析。图1(a)-(d)分别展示了体相BiVO₄(bulk-BVO)、含氧空位超薄BiVO₄(2D-V_O-BVO)、含铋空位BiVO₄(V_Bi-BVO)以及双空位超薄BiVO₄(2D-V_Bi+O-BVO)的SEM图像。可以观察到所有四种样品均呈现二维结构。值得注意的是，与体相材料相比，2D-V_O-BVO表面保持光滑，而V_Bi-BVO和2D-V_Bi+O-BVO的表面则粗糙得多。此外，2D-V_O-BVO和2D-V_Bi+O-BVO的尺寸和厚度均显著减小。

Conclusions

本研究通过两步协同法成功合成了具有铋氧双空位的超薄BiVO₄光催化材料。实验结果表明，2D-V_Bi+O-BVO在可见光照射下表现出卓越的氨生成活性，速率高达158.73 μmol·g^–1·h^–1。这一优异性能主要归因于双空位与超薄结构的协同效应：超薄结构显著扩大了(040)晶面暴露面积，而双空位则分别优化了氮气吸附活化与水解离过程，共同促进了光生载流子的高效分离与传输。