由于介电屏蔽的减少，超薄二维（2D）光催化剂需要考虑激子效应，而实现激子调控是一个重要的挑战。然而，关于结构修饰对激子方面的调节作用目前还处于相对早期阶段。

近日，南开大学展思辉教授报道了通过引入表面缺陷来限制含激子光催化剂的电子结构和表面结构，可以有效地调节三重激子的产率和¹O₂的转移。

文章要点

1）研究人员通过表面活性剂自组装策略，成功合成了Bi₃O₄Br单胞超薄层，然后采用简便的液相反应法制备了Pt掺杂的Bi₃O₄Br。选择了四个具有代表性的掺杂浓度：0.3、0.5、0.7和1%（其中百分比定义为Pt的质量分数）。

2）理论计算表明，Pt掺杂导致在价带和导带之间形成杂质态，而TA、PF和PH谱表明，单态激子（S₁）中的光生激子可以被杂质（Pt）介导的陷阱态（TS）俘获并形成较低能级（S₁*）的单重态激子，从而使单重态-三重态能隙（ΔE_ST）降低约48%，并有效地促进了系间窜越（ISC），从而产生了有效的三重激子。

3）表面O₂的活化机理表明，优化的表面结构可以改变O₂的化学吸附态，进而通过电子介导的三重态能量从Pt掺杂的Bi₃O₄Br表面转移到O₂，从而引起O₂的磁矩（即自旋态）的变化。因此，在化学吸附过程中可能会发生自发的自旋翻转过程，这有助于产生¹O₂。

4）实验结果显示，改性的Bi₃O₄Br具有高度专一性的¹O₂生成能力，对废水中的有机污染物表现出优异的选择性氧化降解能力。

参考文献

Dongpeng Zhang, et al, Tailoring of electronic and surface structures boosts exciton-triggering photocatalysis for singlet oxygen generation, PNAS, 2021

DOI: 10.1073/pnas.2114729118

https://doi.org/10.1073/pnas.2114729118