二维层状BiOCl中本征对称电场与氧空位协同增强光催化性能的机制研究

针对光生载流子复合率高、迁移效率低的关键科学问题，西藏大学团队通过调控乙二醇/水比例水热合成高暴露本征对称电场（ISEFs）和富氧空位（OVs）的BiOCl纳米片。研究发现ISEFs降低激子结合能促进电荷分离，OVs在费米能级附近引入新电子态缩小带隙并增强吸附能力。优化样品BOC-5在15分钟内实现罗丹明B降解率99%，性能提升55倍，为环境污染物治理提供新策略。

　　

环境污染治理是21世纪人类面临的重大挑战，光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点。然而，光生电子-空穴对的快速复合和低效迁移严重制约了催化效率。传统异质结构建策略虽能通过界面内建电场促进电荷分离，但难以充分利用材料本征特性。二维层状氯氧化铋（BiOCl）因其独特的[Bi₂
O₂
]²⁺
/[Cl₂
]^2-
交替层结构，天然存在沿Z轴对称分布的本征对称电场（ISEFs），而氧空位（OVs）的引入可进一步调控电子结构。如何通过形貌调控协同优化ISEFs与OVs，成为突破光催化效率瓶颈的新思路。

西藏大学研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，通过调节乙二醇/水比例的水热法，成功制备出高ISEFs暴露和富OVs的BiOCl纳米片（BOC-5）。该材料在15分钟内实现罗丹明B（RhB）99%的降解效率，较纯水体系样品性能提升55倍。研究采用X射线衍射（XRD）、电子顺磁共振（EPR）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等技术表征材料结构，通过光电化学测试和密度泛函理论（DFT）计算揭示机理。

Morphology Features and Structural Characterization
XRD分析显示所有样品均为纯相四方晶系BiOCl。随着乙二醇比例增加，（001）晶面衍射峰宽化，表明更多侧面的暴露。EPR证实OVs浓度与乙二醇含量呈正相关，BOC-5的g=2.001信号最强。UV-Vis显示OVs引入使吸收边红移，带隙从3.22 eV降至2.85 eV。

结论与意义
该研究创新性提出通过形貌调控最大化ISEFs暴露的策略：高ISEFs使激子结合能从148 meV降至56 meV，促进电荷分离；OVs在导带下方0.38 eV处形成缺陷能级，提供电子跃迁新路径。同步辐射分析表明OVs将d带中心上移0.15 eV，增强污染物分子吸附。这种"电场-缺陷"协同机制为设计高效光催化剂提供了新范式，在污水处理、空气净化等领域具有应用前景。研究首次明确定义BiOCl的ISEFs特性，其方法论可拓展至其他二维光催化材料体系。