铝负载调控BiVO4基固溶体微结构极化促进光催化全分解水机制研究

本研究通过室温共沉淀法成功制备铝负载Bi0.5Y0.5VO4(BYV)固溶体(xat%Al-BYV)，揭示γ-Al2O3通过AlO4单元扭曲VO4微结构增强材料极化，结合瞬态吸收光谱(TAS)证实界面空穴提取机制，使光催化全分解水(OWS)性能提升11倍，为单步激发的半导体材料设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究成功构建铝负载Bi_0.5Y_0.5VO₄固溶体催化剂，通过γ-Al₂O₃诱导的VO₄微结构扭曲与界面空穴提取双重机制，实现光生载流子寿命显著延长，为破解单步激发光催化体系体相复合难题提供创新解决方案。

Materials

硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)、硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)等试剂均直接使用未纯化，采用改进的共沉淀法合成：将12 mmol NH₄VO₃加入0.1 M NaOH溶液搅拌，后续步骤精确控制pH与煅烧条件。

Results and discussion

性能测试显示最优样品OWS活性提升11倍。X射线衍射(XRD)证实γ-Al₂O₃相存在，拉曼光谱揭示VO₄四面体发生特征峰偏移，证明AlO₄单元引起晶格畸变。光电化学测试显示载流子分离效率提升8.3倍，TAS谱图捕获到长达纳秒级的空穴捕获信号，证实γ-Al₂O₃界面层对光生空穴的提取作用。

Conclusion

该工作阐明铝负载通过"微结构畸变-载流子提取"协同效应优化BYV体相动力学，γ-Al₂O₃既作为极化诱导剂又扮演空穴捕手角色，为设计高效单步激发光催化剂提供普适性策略。