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乔振安课题组AM：螯合离子交换策略立大功！促进介孔单晶BiOCl光催化选择性芳醇氧化

时间：2023-03-19 来源： 浏览：

乔振安课题组AM：螯合离子交换策略立大功！促进介孔单晶BiOCl光催化选择性芳醇氧化

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光催化作为一种绿色、可持续的技术，能够有效缓解能源危机和环境污染问题。然而，目前大多数光催化剂都面临着光生电子-空穴对的快速复合、有限的半导体光响应和较低的光催化效率等难题，这严重阻碍了光催化技术的进一步发展。
构建纳米级光催化剂被认为是一种有效的策略，即减小颗粒尺寸以促进光生载流子分离。此外，由纳米晶体堆积的多孔结构具有较大的比表面积，有利于反应物的吸附、反应物和产物的扩散以及缺陷的产生。而纳米晶体的无序积累不可避免地导致晶界的产生，以及光生载流子的重组和对电荷迁移率的高阻力。因此，设计和制备具有高结晶度、连续晶格、无晶界、表面积大的多孔单晶(PSC)光催化剂具有重要意义。
近日， 吉林大学乔振安 课题组提出了一种螯合离子交换策略，成功合成具有超薄结构的BiOCl介孔单晶纳米片(BiOCl MSCN)光催化剂。
具体而言，BiOCl是在水热过程中通过水解反应合成的，其中醋酸(HOAc)通过电离产生醋酸根离子与Bi 3+ 离子螯合，改变Bi 3+ 离子的水解动力学。氨溶液(NH 3 ·H 2 O)作为一种电离促进剂极大地促进了HOAc的电离，产生大量的醋酸根离子来控制成核和生长速率，并作为盖层剂来改变生长趋向性，导致催化剂具有超薄结构。
此外，在水热过程中，醋酸根离子与Bi 3+ 离子之间的强螯合导致沉淀产物中引入了大量的醋酸根离子，并与氯离子进行了充分的离子交换，其引起的大晶格失配导致应变释放和快速动力学，从而产生类孔的介孔。因此，由于进一步的连续离子交换和应变驱动，孔径连续膨胀，最终合成了BiOCl MSCN。

制备的BiOCl MSCN作为光催化剂，具有优异的催化性能，能够有效将苯甲醇(BA)选择性氧化成苯甲醛(BAD)(BA的转化率为99%和BAD的选择性达98%)，并且该催化剂对各种芳香醇光催化氧化具有较强的通用适应性。
结合密度泛函理论(DFT)计算和实验结果表明，BiOCl MSCN光催化剂丰富的氧空位和介孔结构可以促进BA的吸附和激活，降低反应能垒，而无晶界的快速连续电荷转移路径加速了光生电子-空穴对的分离。总的来说，该项工作提出的简便和新颖的策略将为合理设计和精确合成PSC材料以用于光催化提供了指导。
Chelated Ion-exchange Strategy towards BiOCl Mesoporous Single-crystalline Nanosheets for Boosting Photocatalytic Selective Aromatic Alcohols Oxidation. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202300396
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