Hydrogen Bonds and In situ Photoinduced Metallic Bi 0 /Ni 0 Accelerating Z‐Scheme Charge Transfer of BiOBr@NiFe‐LDH for Highly Efficient Photocatalysis

光催化 光化学 原位 金属 电荷(物理) 氢 材料科学 氢键 化学物理 化学 纳米技术 化学工程 催化作用 分子 物理 有机化学 冶金 工程类 量子力学
作者
Rongjun Sun,Zijian Zhu,Na Tian,Yihe Zhang,Hongwei Huang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (41): e202408862-e202408862 被引量:132
标识
DOI:10.1002/anie.202408862
摘要

Abstract For heterojunction system, the lack of stable interfacial driving force and definite charge transfer channel makes the charge separation and transfer efficiency unsatisfactory. The photoreaction mechanism occurring at the interface also receives less attention. Herein, a 2D/2D Z‐scheme junction BiOBr@NiFe‐LDH with large‐area contact featured by short interface hydrogen bonds and strong interfacial electric field (IEF) is synthesized, and in situ photoinduced metallic species assisting charge transfer mechanism is demonstrated. The hydrogen bonds between O atoms from BiOBr and H atoms from NiFe‐LDH induce a significant interfacial charge redistribution, establishing a robust IEF. Notably, during photocatalytic reaction, Bi 0 and Ni 0 are in situ performed in heterojunction, which separately act as electron transport mediator and electron trap to further accelerate charge transfer efficiency up to 71.2 %. Theoretical calculations further demonstrate that the existence of Bi 0 strengthens the IEF. Therefore, high‐speed spatial charge separation is realized in Bi 0 /BiOBr@Ni 0 /NiFe‐LDH, leading to a prominent photocatalytic activity with a tetracycline removal ratio of 88.3 % within 7 min under visible‐light irradiation and the presence of persulfate, far exceeding majority of photocatalysts reported previously. This study provides valid insights for designing hydrogen bonding heterojunction systems, and advances mechanistic understanding on in situ photoreaction at interfaces.
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