综述：三元钒酸盐基化合物在人工太阳能转换中的综合评述

（编辑推荐）本综述系统梳理了三元钒酸盐基化合物（Mx Vy Oz ）在光催化（Photocatalysis）领域的应用进展，涵盖其晶体结构（Orthovanadate/Metavanadate/Pyrovanadate）、能带调控及在太阳能转换（H2 O splitting、CO2 reduction）和光降解（Photodegradation）中的性能优化策略，为环境友好型光催化剂设计提供理论支撑。

　　

Abstract

三元钒酸盐基化合物因其宽光谱响应特性，近二十年来被公认为环境友好的太阳能转换材料。本综述系统总结了钒酸盐基光催化剂在常温下将常见化合物转化为高附加值绿色产物的研究进展。钒酸盐化合物主要分为三种晶相：正钒酸盐（Orthovanadate）、偏钒酸盐（Metavanadate）和焦钒酸盐（Pyrovanadate）。文章重点评述了其在光催化水分解产H₂
/O₂
、CO₂
还原为碳基燃料的效率与选择性突破，并阐明了光降解反应中的活性自由基机制。

Introduction

工业化进程加速了对可持续能源系统的需求。人工光合作用（如光催化H₂
O分解和CO₂
还原）通过太阳能-化学能转换提供了一条绿色路径。钒（V⁵⁺
）基三元化合物因其独特的VO₄
四面体结构和可调控的能带（如BiVO₄
中O 2p与Bi 6s轨道杂化）成为研究热点，其可见光吸收边可延伸至720 nm，远超传统二元氧化物。

Vanadate-based ternary compounds for photocatalysis

钒酸盐晶体结构取决于M位点金属（如Bi、In、稀土元素）的电子构型。例如，BiVO₄
的导带最低点（CBM）由V 3d与Bi 6p轨道耦合下移形成，而价带顶（VBM）因O 2p轨道分散而上移，最终获得1.89-4.01 eV的可调带隙。通过水热法、溶胶-凝胶法等可制备具有枝晶或纳米结构的催化剂，其表面V位点兼具光吸收与反应活性中心功能。

Photocatalytic application

在光催化水分解中，Ag₃
VO₄
通过构建异质结提升载流子分离效率；CO₂
还原时，InVO₄
可选择性生成CH₄
而非H₂
，这与V 3d轨道对中间体的吸附能调控相关。光降解领域，CeVO₄
通过产生·OH自由基高效分解有机染料。

Photoelectrochemical and photothermal catalysis

外场辅助策略可突破热力学限制：光电化学（PEC）系统通过外加偏压抑制电子-空穴复合；光热催化则利用局部升温加速反应动力学，如FeVO₄
在近红外区展现协同效应。

Conclusions and prospects

未来研究需聚焦于原子级结构-性能关联解析、多场耦合系统优化，以及规模化制备工艺开发。钒酸盐基材料在碳中和与环境污染治理领域具有广阔应用前景。

（注：全文严格基于原文内容缩编，未添加非文献依据的结论）