光催化技術能夠利用太陽能進行化學燃料合成與環境修復，已經被認為是解決能源短缺和環境汙染問題的理想途徑。在實際應用中，充分利用太陽光以獲得足夠高的效率仍然是一個巨大的挑戰。同時，光催化劑能帶的減小還會削弱其氧化還原的驅動力，尤其是，水氧化和汙染物降解反應，因為這些反應往往涉及複雜的多個電子過程。因此，發展寬光譜響應和高效的光催化劑用於水氧化和汙染物降解是目前亟待解決的問題。
Bi基金屬氧酸鹽材料，如BiVO4¬, Bi2WO6, Bi2MoO6等，作為可見光活性的光催化劑而被廣泛地研究，並且得益於其足夠深的價帶頂位置，它們在水氧化和汙染物降解方面表現出了優異的光催化性能。但是，它們仍然較寬的帶隙限制了太陽能利用率的進一步提升。
最近，清華大學朱永法教授課題組在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表研究論文“Large dipole moment induced efficient bismuth chromate photocatalysts for wide-spectrum driven water oxidation and complete mineralization of pollutants”，報道了具有寬光譜活性的Bi8(CrO4)O11納米棒光催化劑。Bi8(CrO4)O11的光譜吸收範圍可以拓展至678nm, 使其理論太陽光譜效率達到了42.0%。同時，得益於其大的晶體偶極引發的強內建電場，Bi8(CrO4)O11實現了光生電子-空穴對的快速分離，從而展現出了高效的光催化水氧化活性，並取得了2.87% (420 nm)的量子效率。此外，Bi8(CrO4)O11的高活性還表現在苯酚降解上，其可見光驅動的降解反應常數分別是CdS和PDI超分子的22.5和8.8倍。甚至在模擬太陽光下，它的活性也並不遜色與P25-TiO2，其反應常數是後者的2.9倍。更重要的是，由於它的價帶頂位置非常深(1.95 eV vs. NHE pH=7)，Bi8(CrO4)O11能夠深度礦化汙染物，實現了對汙染物降解與礦化的同步。
綜上所述，該論文報道的Bi8(CrO4)O11光催化劑以及晶體偶極顯著增強光催化性能的機理為設計高效的寬光譜活性光催化劑提供一條新的思路。
該論文的通訊作者是清華大學朱永法教授，第一作者是該校化學系的陳先傑博士。該研究在理論計算方面與湖北工業大學的馬新國副教授合作。該研究受到國家自然科學基金的資助。
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