开发非中心对称材料上的应变用于光催化反应(称为压电光催化)，为N2活化提供了一个潜在的平台。然而，由于压电极化作用弱和催化活性位点活性低，导致压电光催化生成硝酸盐(PPNO)的性能仍然不理想。在半导体材料中，氧卤化铋以其无毒、廉价、与[Bi2O2]平板和双卤原子平板交织的特殊结构，在光催化和压电催化领域受到广泛关注。然而，由于缺乏催化活性中心以及N2和氮中间体的吸附能力较差，抑制PNNO的问题仍然存在。因此，合理建设表面活动位点对解决上述问题至关重要。
近日，湖南大学尹双凤和陈鹏等通过一种简单的水辅助自组装方法，制备出具有莫尔超晶格结构(MSL)的Bi24O31Cl10材料(BCMS)来解决与PPNO工艺相关的挑战。实验结果表明，在光照和超声作用下，BCMS中的MSL能够从收缩的Bi-Bi键和Bi-O键中提取出局部应变张量，从而得到重构的内部界面结构和合适的电子结构；动态结构的演变可以形成电子和分子涡旋，从而促进电荷的分离和转移，以及N2和O2的吸附，进一步降低了*NO和*N2O2的吉布斯势垒活化，并削弱了N≡N键。性能测试结果显示，BCMS的平均光催化硝酸盐生成速率可达9.81 mg g−1 h−1，在405 nm处的表观量子产率(AQY)值为0.71%，表明BCMS具有优良的光学利用能力。当材料同时暴露于光和超声波时，硝酸盐的产率可达15.44 mg g−1 h−1，高于文献报道的大多数催化剂。此外，在经过10个周期的实验后，BCMS上的硝酸盐产率没有显著降低，且反应后材料的晶体和电子结构得到很好地保持，表明BCMS在压电光催化反应中具有良好的应用前景。总的来说，该项工作确定了BCMS表面活性中心的动态结构演化并理解相应的催化增强机理，为设计高效的光催化剂耦合压电催化材料提供了理论指导。Tuning dynamic structural evolution of Bi24O31Cl10 for enhancing piezo-photocatalytic nitrogen oxidation to nitrate. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01697
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