双Z型异质结UiO-66-NH2/BiOCl/BiOI的协同光催化CO2还原与污染物降解机制研究

本研究针对BiOCl可见光响应窄（带隙～3.20 eV）和电荷复合快的问题，设计了一种双Z型UiO-66-NH2/BiOCl/BiOI异质结。通过结合金属有机框架（MOF）UiO-66-NH2和窄带隙BiOI，显著提升了光吸收和电荷分离效率，实现了34.2 μmol/g/h的CO产率和98.4% RhB降解率，为环境修复与能源转化提供了创新策略。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，化石燃料过度消耗与化学污染物排放已成为两大环境难题。CO₂累积加剧温室效应，而有机污染物（如药物、染料）导致水体生态恶化。传统处理方法难以高效解决这些问题，半导体光催化技术因其利用太阳能驱动污染物降解和CO₂还原的特性备受关注。然而，传统催化剂如TiO₂和g-C₃N₄存在可见光吸收不足和电子-空穴复合率高的问题。BiOCl虽具有独特的层状结构和稳定性，但其宽禁带（～3.2 eV）限制了实际应用。

为突破这一瓶颈，中国某研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过水热法构建了双Z型异质结UiO-66-NH₂/BiOCl/BiOI。该设计整合了MOF材料UiO-66-NH₂的可见光响应性与BiOI的窄带隙（1.89 eV），在最优Cl/I比（3:1）下实现了高效光催化性能。研究采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和光电流分析等技术验证材料特性。

材料与表征
XRD显示复合材料成功保留了BiOCl（JCPDS No.06–0249）和BiOI（JCPDS No.10–0445）的晶相结构。UV-Vis DRS证实异质结的光吸收范围显著扩展至可见光区。

光催化性能
异质结表现出卓越的CO₂还原能力（34.2 μmol/g/h）和污染物降解效率（RhB 98.4%，四环素91.5%），远超单一或二元体系。自由基捕获实验和XPS结合能位移证实了双Z型电子转移路径：电子从BiOCl分别向UiO-66-NH₂和BiOI迁移，有效抑制电荷复合。

机制分析
PL信号淬灭和光电流密度提升3倍表明电荷分离效率显著增强。BiOCl的空穴（+3.89 eV vs. NHE）维持强氧化能力，而UiO-66-NH₂（-0.72 eV）和BiOI（-0.56 eV）的电子驱动CO₂还原与·O₂^?生成，形成协同效应。

结论与意义
该研究通过双Z型异质结设计，同时解决了BiOCl的光吸收局限和电荷复合问题，为环境修复与清洁能源转换提供了新思路。其创新性体现在：（1）多组分协同拓宽光谱响应；（2）双电子通道提升量子效率；（3）兼顾氧化还原能力实现多污染物同步处理。这项工作为开发高效光催化剂提供了理论依据和技术参考，推动太阳能驱动的可持续发展。

（注：解读严格依据原文，未添加非原文信息；技术方法部分未展开具体试剂与操作步骤；专业术语首次出现时标注英文缩写；作者单位按原文隐去英文名称。）