一种新型的单相β-ZrNBr硝基卤化物催化剂

光催化水分解或CO2还原生成高附加值的小分子化合物，被认为是绿色环保和最具吸引力的太阳能-化学能转换策略。为了实现这一目标，最关键的就是开发具有窄能带隙和适当的能带边的半导体光催化剂。

近日，中科院大连化物所章福祥和东京工业大学Kazuhiko Maeda等制备了一种新型的单相β-ZrNBr硝基卤化物催化剂，其具有宽可见光吸收和极低的缺陷密度，并在可见光照射下具有高效的水还原、水氧化和二氧化碳还原等多功能催化活性。

与以往文献报道的混合阴离子半导体光催化剂(如氧氮化物、氧硫化物和氧卤化物)不同，β-ZrNBr硝基卤化物的价带主要由N 2p和Br 4p轨道组成，而不是价能级相对较深O 2p轨道。硝基卤化物的另一个特点是通过引入-1价的Br来很好地补偿N3-和O2-之间的电荷不平衡，从而很好地克服了氮与氧单独取代过程中不可避免的缺陷态形成。

此外，β-ZrNBr晶体可以进一步剥离成纳米片，并保持缺陷密度低的特点，从而促进电荷分离，提高光催化性能，表现出显著的热稳定性和光化学稳定性。

因此，在可见光照射下(λ≥420 nm)，Pt/ZrNBr-BK具有明显的光催化析氢活性；在含紫外光的Xe灯照射下，Pt/ZrNBr-BK的析氢活性明显提高。Pt/ZrNBr-BK在光催化水还原循环试验中几乎没有发生活性衰减，表明其具有良好的光化学稳定性。Pt/ZrNBr-BK在光催化反应前后的XRD和XPS谱相似，也证实了其光化学稳定性。

另一方面，RuOx修饰的ZrNBr-BK在可见光照射下能够显著催化水分解，并且其光催化水还原和水氧化活性与大多数可见光响应光催化剂相当甚至更高。此外，当硝基卤化物与超分子光催化剂RuRu'其能够高效催化CO2转化为甲酸盐，这表明β-ZrNBr硝基卤化物具有多功能催化活性。

审核编辑：刘清