The Local-Scale Origin of Ferroic Properties in BiVO4

单独一对 化学 极地的 光催化 结晶学 晶体结构 化学物理 原子单位 电子 同步辐射 分子 光学 有机化学 物理 量子力学 催化作用 天文
作者
Bryce G. Mullens,Frederick P. Marlton,Helen E. A. Brand,Helen E. Maynard‐Casely,Michelle Everett,Matthew G. Tucker,Esben Auken,Alicia Manjón‐Sanz,Gianguido Baldinozzi,Simon M. Vornholt,Karena W. Chapman,Brendan J. Kennedy
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (9): 7840-7848 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.4c18032
摘要

Earth-abundant metal oxides are excellent candidates for photocatalytic applications due to their low cost and high stability in aqueous solutions. Materials that contain a combination of metal cations with an s2 electron lone pair and a d0 electronic configuration, such as BiVO4, possess favorable band gaps. BiVO4 has also been reported to possess noncentrosymmetric polar properties, such as flexoelectricity, piezo-photocatalysis, and an anomalous photovoltaic effect, despite its centrosymmetric crystal structure. Here, it is shown how centrosymmetric materials possessing s2 and d0 cations can display "hidden" local-scale features, often ignored by conventional crystallography, that influence their physical properties. Anomalous peak shapes are observed in the high-resolution synchrotron X-ray powder diffraction of BiVO4, and temperature-dependent local-scale distortions are revealed using neutron total scattering methods. Together, these suggest the polar properties of BiVO4 are related to local-scale distortions induced by the Bi3+ 6s2 electron lone pairs. This demonstrates the possibility of engineering specific interatomic distances between lone pair-bearing cations and the anion sublattice, creating new opportunities for photocatalytic and polar materials from compounds with long-range centrosymmetric structures.
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