一種新型的單相β-ZrNBr硝基鹵化物催化劑

光催化水分解或CO2還原生成高附加值的小分子化合物，被認為是綠色環(huán)保和最具吸引力的太陽能-化學能轉換策略。為了實現這一目標，最關鍵的就是開發(fā)具有窄能帶隙和適當的能帶邊的半導體光催化劑。

近日，中科院大連化物所章福祥和東京工業(yè)大學Kazuhiko Maeda等制備了一種新型的單相β-ZrNBr硝基鹵化物催化劑，其具有寬可見光吸收和極低的缺陷密度，并在可見光照射下具有高效的水還原、水氧化和二氧化碳還原等多功能催化活性。

與以往文獻報道的混合陰離子半導體光催化劑(如氧氮化物、氧硫化物和氧鹵化物)不同，β-ZrNBr硝基鹵化物的價帶主要由N 2p和Br 4p軌道組成，而不是價能級相對較深O 2p軌道。硝基鹵化物的另一個特點是通過引入-1價的Br來很好地補償N3-和O2-之間的電荷不平衡，從而很好地克服了氮與氧單獨取代過程中不可避免的缺陷態(tài)形成。

此外，β-ZrNBr晶體可以進一步剝離成納米片，并保持缺陷密度低的特點，從而促進電荷分離，提高光催化性能，表現出顯著的熱穩(wěn)定性和光化學穩(wěn)定性。

因此，在可見光照射下(λ≥420 nm)，Pt/ZrNBr-BK具有明顯的光催化析氫活性；在含紫外光的Xe燈照射下，Pt/ZrNBr-BK的析氫活性明顯提高。Pt/ZrNBr-BK在光催化水還原循環(huán)試驗中幾乎沒有發(fā)生活性衰減，表明其具有良好的光化學穩(wěn)定性。Pt/ZrNBr-BK在光催化反應前后的XRD和XPS譜相似，也證實了其光化學穩(wěn)定性。

另一方面，RuOx修飾的ZrNBr-BK在可見光照射下能夠顯著催化水分解，并且其光催化水還原和水氧化活性與大多數可見光響應光催化劑相當甚至更高。此外，當硝基鹵化物與超分子光催化劑RuRu'其能夠高效催化CO2轉化為甲酸鹽，這表明β-ZrNBr硝基鹵化物具有多功能催化活性。

審核編輯：劉清