光催化技术作为一种绿色环保的技术，在环境修复、能源转换等方面展示出巨大的潜力。然而，由于光生载流子在单个半导体中容易发生复合，限制了光催化技术的效率提升和实际应用。构建人工光合成体系（Z型异质结）可以成功地达到提高电荷转移和分离效率的目标，从而提高光催化性能。然而，由于缺乏稳定的界面驱动力和明确的电荷转移通道，其效率仍然不够理想。因此，界面的功能性设计是促进电荷分离和提高光催化效率的关键之一。与此同时，发生在界面处的光反应机制也较少受到关注。

近日，金沙官网材料科学与工程学院田娜副教授、黄洪伟教授及其指导的硕士研究生孙榕君等人，通过静电自组装法制备了具有界面氢键作用和强界面电场的2D/2D BiOBr@NiFe-LDH Z型异质结，发现在可见光与过硫酸盐的协同作用下，该复合光催化剂对四环素展示了分钟级的高效降解，并揭示了原位光诱导金属物种辅助电荷转移机制。本项研究工作亮点如下：

1. 本工作利用静电自组装法成功构建了具有2D/2D结构的BiOBr@NiFe-LDH Z型异质结，其界面由大量短氢键相连，具有强大的界面电场。在光催化反应过程中，原位形成了促进电荷传输的金属物种Bi⁰、Ni⁰。该异质结实现了高效的电荷传输效率（71.2 %），提升了光催化活性。

2. 异质结2-BNF在光催化降解盐酸四环素（TC）上表现出优异的性能，能够在2 h内去除98.8 %的TC，分别是纯BiOBr和NiFe-LDH的6.4和10.3倍。并在过硫酸盐存在的条件下7 min内去除88.3 %的TC，实现超高降解效率。

3. 本文结合系列实验表征与理论计算结果证明，异质结的界面氢键键长在1.3至2.1？之间，具有强或中强的结合力，提供了大量原子级的电荷转移通道，并诱导了强的界面电场。光照激发电子离域，有利于反应的发生。Bi⁰的原位形成进一步增强了界面电场，促进电荷传输。

图1 2-BNF的合成与结构表征

图2 可见光降解TC性能与毒性评估

图3 理论计算与原位XPS

上述研究成果发表于材料化学领域国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上：Rongjun Sun, Zijian Zhu, Na Tian*, Yihe Zhang, Hongwei Huang*. Hydrogen Bonds and In-situ Photoinduced Metallic Bi⁰/Ni⁰ Accelerating Z-scheme Charge Transfer of BiOBr@NiFe-LDH for Highly Efficient Photocatalysis. Angewandte Chemie International Edition, 2024. [IF2023=16.1]

全文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202408862