التحفيز الضوئي

أول ذكر لهذا المفهوم كان عام 1911، عندما دمج الكيميائي الألماني ألكسندر إيبنر المفهوم في بحثه حول تأثير إضاءة أكسيد الزنك (ZnO) على تبييض صبغة الأزرق البروسي الداكنة. ^{[ 5 ] [ 6 ]} في ذلك الوقت تقريبًا، نشر برونر وكوزاك مقالًا يناقش تدهور حمض الأكساليك في وجود أملاح اليورانيل تحت الإضاءة، ^{[ 6 ] [ 7 ]} بينما نشر لاندو عام 1913 مقالًا يشرح ظاهرة التحفيز الضوئي. أدت إسهاماتهم إلى تطوير قياسات الأكتينومتر ، وهي قياسات تُشكل أساس تحديد تدفق الفوتونات في التفاعلات الكيميائية الضوئية. ^{[ 6 ] [ 8 ]} بعد فترة توقف، في عام 1921، استخدم بالي وآخرون هيدروكسيدات الحديديك وأملاح اليورانيوم الغروية كعوامل محفزة لإنتاج الفورمالديهايد تحت الضوء المرئي. ^{[ 6 ] [ 9 ]}

في عام 1938، اكتشف دوديف وكيتشنر أن TiO₂ ، وهو أكسيد شديد الاستقرار وغير سام، يمكن أن يعمل في وجود الأكسجين كمحسس ضوئي لتبييض الأصباغ، حيثيمتصTiO2الأشعة فوق البنفسجية_{أدى ذلك} إلى إنتاج أنواع الأكسجين النشطة على سطحه، مما نتج عنه تلطيخ المواد الكيميائية العضوية عبرالأكسدة الضوئية. وكانت هذه أول ملاحظة للخصائص الأساسية للتحفيز الضوئي غير المتجانس. ^{[ 6 ] [ 10 ]}

توقف البحث في مجال التحفيز الضوئي مرة أخرى حتى عام 1964، عندما قام في. إن. فيليمونوف بدراسة الأكسدة الضوئية للإيزوبروبانول من أكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم._٢ ؛ ^{[ ٦ ] [ ١١ ]} بينما في عام ١٩٦٥، استكشف كل من كاتو وماشيو، ودورفلر وهوف، وإيكيكاوا وآخرون (١٩٦٥) أكسدة/أكسدة ضوئية لثانيأكسيد الكربون_٢ والمذيباتالعضويةمن إشعاع أكسيد الزنك. ^{[ ٦ ] [ ١٢ ] [ ١٣ ] [ ١٤ ]} في عام ١٩٧٠، لاحظ فورمنتي وآخرون وتاناكا وبليهولد أكسدةالألكيناتوالتحلل التحفيزي الضوئي لأكسيد النيتروز_،على التوالي. ^{[ ٦ ] [ ١٥ ] [ ١٦ ]}

حدث تقدم كبير في عام 1972، عندما اكتشف أكيرا فوجيشيما وكينيتشي هوندا أن التحليل الضوئي الكهروكيميائي للماء يحدث عندما يكون TiOتم توصيل قطب كهربائي ثنائي القطب، مُشعّع بضوء فوق بنفسجي،البلاتين. وقد امتص _ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)_{في خلية ثنائية} الأقطاب، تتدفق الإلكترونات من المصعد إلى المهبط البلاتيني حيثيُنتج غازالهيدروجينإنتاج الهيدروجينمنحيث التكلفة، إذ أن غالبية إنتاج الهيدروجين يأتي منإصلاح الغاز الطبيعيوتغويزه. ^{[ 6 ] [ 17 ]} أدت اكتشافات فوجيشيما وهوندا إلى تطورات أخرى. في عام 1977، اكتشف نوزيك أن دمج معدن نبيل في عملية التحليل الضوئي الكهروكيميائي، مثل البلاتين والذهب،من بين معادن أخرى، يمكن أن يزيد من النشاط الضوئي، وأن جهدًا خارجيًا ليس ضروريًا. ^{[ 6 ] [ 18 ]} أوضح فاغنر وسومورجاي (1980) وساكاتا وكاواي (1981) إنتاج الهيدروجين على سطحتيتانات السترونتيوم(SrTiO3₎عبر التوليد الضوئي، وتوليد الهيدروجين والميثانمنإضاءةTiO2₂ وPtO₂فيالإيثانول، على التوالي. ^{[ 6 ] [ 19 ] [ 20 ]}

لم تُطوَّر عملية التحفيز الضوئي لأغراض تجارية لعقود طويلة. وقد قيّم تشو وآخرون (2017) مستقبل التحليل الكهروكيميائي الضوئي للماء، وناقشوا التحدي الرئيسي المتمثل في تطوير خلية كهروكيميائية ضوئية (PEC) ترادفية فعالة من حيث التكلفة والطاقة، والتي من شأنها "محاكاة عملية التمثيل الضوئي الطبيعية". ^{[ 6 ] [ 21 ]}

في التحفيز غير المتجانس، ^يكون المحفز في طور مختلف عن المتفاعلات. يُعد التحفيز الضوئي غير المتجانس مجالًا يشمل مجموعة واسعة من التفاعلات: الأكسدة الجزئية أو الكاملة ، نزع الهيدروجين ، نقل الهيدروجين، التبادل النظائري للأكسجين ^-18 و _-16 والديوتيريوم - _ألكان ، ترسيب المعادن، إزالة سمية الماء، وإزالة الملوثات الغازية.

معظم المحفزات الضوئية غير المتجانسة هي أكاسيد فلزات انتقالية وأشباه موصلات . على عكس الفلزات، التي تمتلك سلسلة متصلة من الحالات الإلكترونية، تمتلك أشباه الموصلات منطقة طاقة فارغة لا تتوفر فيها مستويات طاقة لتحفيز إعادة اتحاد الإلكترون والفجوة الناتجين عن التنشيط الضوئي في المادة الصلبة. يُعرف فرق الطاقة بين نطاق التكافؤ الممتلئ ونطاق التوصيل الفارغ في مخطط المدارات الجزيئية لشبه الموصل بفجوة النطاق . ^{[ 22 ]} عندما يمتص شبه الموصل فوتونًا بطاقة تساوي أو تزيد عن فجوة النطاق للمادة ، ينتقل إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مُولِّدًا فجوة إلكترونية في نطاق التكافؤ. يُسمى هذا الزوج من الإلكترون والفجوة إكسيتونًا . ^{[ 22 ]} يمكن للإلكترون والفجوة المُثارين أن يتحدا ويُطلقا الطاقة المكتسبة من إثارة الإلكترون على شكل حرارة. يُعدّ هذا النوع من إعادة اتحاد الإكسيتون غير مرغوب فيه، كما أن المستويات الأعلى منه تُقلل من الكفاءة. ^{[ 23 ]} غالبًا ما تركز الجهود المبذولة لتطوير محفزات ضوئية فعالة على إطالة عمر الإكسيتون، وتحسين فصل الإلكترون-فجوة باستخدام مناهج متنوعة قد تعتمد على خصائص بنيوية مثل الوصلات غير المتجانسة الطورية (مثل واجهات الأناتاز - الروتيل )، وجزيئات المعادن النبيلة النانوية ، وأسلاك السيليكون النانوية ، وتطعيم الكاتيونات الاستبدالية. ^{[ 24 ]} يتمثل الهدف النهائي لتصميم المحفزات الضوئية في تسهيل تفاعلات الإلكترونات المثارة مع المؤكسدات لإنتاج نواتج مختزلة، و/أو تفاعلات الفجوات المتولدة مع المختزلات لإنتاج نواتج مؤكسدة. ونظرًا لتوليد الفجوات الموجبة (h ⁺ ) والإلكترونات المثارة (e- ⁾ ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال على سطح أشباه الموصلات المعرضة للضوء.

في إحدى آليات التفاعل التأكسدي، تتفاعل الثقوب مع الرطوبة الموجودة على السطح وتنتج جذر الهيدروكسيل. يبدأ التفاعل بتوليد الإكسيتون المحفز ضوئيًا على سطح أكسيد المعدن (MO) عن طريق امتصاص الفوتون (hv) .

MO + hν → MO (h ⁺ + e ⁻ )

التفاعلات التأكسدية الناتجة عن التأثير التحفيزي الضوئي:

h ⁺ + H ₂ O → H ⁺ + •OH

2h ⁺ ₊ 2H2O → 2H ⁺ + _H2O2​

H₂O₂ → ₂ • _OH

التفاعلات الاختزالية الناتجة عن التأثير التحفيزي الضوئي:

e− + _O2 → ^• _O2−^​

•O ₂ ⁻ + H O ₂ • + H ⁺ → H ₂ O ₂ + O ₂

H₂O₂ → ₂ • _OH

في نهاية المطاف، ينتج عن كلا التفاعلين جذور الهيدروكسيل. هذه الجذور مؤكسدة بطبيعتها وغير انتقائية، ويبلغ جهد اختزالها E₀ = +3.06 فولت. _[ ^{25 ] وهذا} أعلى بكثير من العديد من المركبات العضوية الشائعة، التي لا يتجاوز جهد اختزالها عادةً E₀ = +2.00 فولت. _[ ^{26 ] وهذا} ما يفسر سلوك الأكسدة غير الانتقائي لهذه الجذور.

ثاني أكسيد التيتانيوم_{يُعد ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)} ، وهوشبه موصل ذو فجوة نطاق واسعة، خيارًا شائعًا للحفز غير المتجانس. وقد ساهمت خصائصه من حيث الخمول تجاه البيئة الكيميائية والاستقرار الضوئي طويل الأمد في جعلهمادةً مفضلةً_{يُعد ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂ )}مادةً مهمةً في العديد من التطبيقات العملية.ومن الشائعطوريالروتيل(فجوة الطاقة 3.0 إلكترون فولت)والأناتاز ^{(فجوة الطاقة 3.2 إلكترون فولت). [ 23 ]} يبدأ امتصاص الفوتونات ذات الطاقة المساوية أو الأكبر من فجوة الطاقة لأشباه الموصلات تفاعلات التحفيز الضوئي، مما ينتج عنهأزواج^e⁻/h⁺^{) . [ 23 ]}

${\displaystyle {\ce {TiO2 ->[{hv}][{}] e- (TiO2) + h+(TiO2)}}}$

حيث يكون الإلكترون في نطاق التوصيل والفجوة في نطاق التكافؤ . ثاني أكسيد التيتانيوم المشعع_{يمكن أن تتصرف الجسيمات كواهب} أو مستقبل للإلكترونات للجزيئات الملامسة لأشباه الموصلات. ويمكنها المشاركة فيالأكسدة والاختزالمع الأنواع الممتزة، حيث أن ثقب نطاق التكافؤ مؤكسد بقوة بينما إلكترون نطاق التوصيل مختزل بقوة. ^{[ 23 ]}

في التحفيز الضوئي المتجانس، توجد المواد المتفاعلة والمحفزات الضوئية في نفس الطور . وتُعدّ عملية تنظيف الغلاف الجوي ذاتيًا وإزالة المركبات العضوية الكبيرة تفاعل تحفيز ضوئي متجانس في الطور الغازي. [27] غالبًا ما يُشار إلى عملية الأوزون ^{عند تطوير العديد} من المحفزات الضوئية .

${\displaystyle {\ce {2 O3(g) + H2O(g) ->[{hv}] O2(g) + 2OH.}}}$

تُجرى معظم التفاعلات التحفيزية الضوئية المتجانسة في وسط مائي ، باستخدام محفز ضوئي من معقدات الفلزات الانتقالية . ويعود الاستخدام الواسع لمعقدات الفلزات الانتقالية كمحفزات ضوئية إلى حد كبير إلى فجوة النطاق الكبيرة والاستقرار العالي لهذه المركبات. ^{[ 28 ]} وتُستخدم المحفزات الضوئية المتجانسة على نطاق واسع في إنتاج وقود الهيدروجين النظيف ، مع استخدام ملحوظ لمعقدات الكوبالت والحديد . ^{[ 28 ]}

يُعد تكوين جذور الهيدروكسي المعقدة للحديد باستخدام عملية الأوزون أمرًا شائعًا في إنتاج وقود الهيدروجين (على غرار عملية كاشف فينتون التي تتم في ظروف درجة حموضة منخفضة بدون إثارة ضوئية ): ^{[ 28 ]}

${\displaystyle {\ce {Fe^2+ +H2O2 ->[{hv}] Fe^3+ +OH- + H2O.}}}$

${\displaystyle {\ce {Fe^3+ +H2O2 ->[{hv}] Fe^2+ H+ + HO2.}}}$

${\displaystyle {\ce {Fe^2+ +H2O. -> Fe^3+ +OH-}}}$

تُعد المحفزات الضوئية القائمة على المركبات المعقدة أشباه موصلات، وتعمل بنفس الخصائص الإلكترونية للمحفزات غير المتجانسة. ^{[ 29 ]}

المحفز الضوئي الهوائي البلازموني هو محفز ضوئي يجمع بين المحفز وهوائي متصل به مما يزيد من قدرة المحفز على امتصاص الضوء، وبالتالي زيادة كفاءته.

SiO​_{يعمل عامل حفاز مزدوج} مع مادة ماصة للضوء من الذهب على تسريعكبريتيد الهيدروجينإلى هيدروجين. وتُعد هذه العملية بديلاً لعمليةكلاوسالتي تعمل عندتتراوح بين 800 و1000درجة مئوية (1470-1830درجة فهرنهايت). ^{[ 30 ]}  

يمكن لمحفز الحديد المدمج مع مادة ماصة للضوء من النحاس إنتاج الهيدروجين من الأمونيا ( NH3).₃ ) عند درجة حرارة الغرفة باستخدام الضوء المرئي. يتم إنتاج النحاس والروثينيوم بالطريقة التقليدية عند درجةتتراوح بين 650 و1000درجة مئوية (1202-1832درجة فهرنهايت). ^{[ 31 ]}  

أُضيفت جزيئات أكسيد الزنك رباعية الأرجل متناهية الصغر إلى إنتاج الورق التجريبي . ^{[ 32 ]} أكثرها شيوعًا هي البنى النانوية أحادية البعد، مثل القضبان النانوية ، والأنابيب النانوية ، والألياف النانوية، والأسلاك النانوية، بالإضافة إلى الصفائح النانوية، والألواح النانوية، والكرات النانوية، والهياكل رباعية الأرجل. يتميز أكسيد الزنك بخواص أكسدة قوية، وثبات كيميائي عالٍ، ونشاط تحفيزي ضوئي مُعزز، وطاقة ربط إكسيتون حر كبيرة . وهو غير سام، ومتوفر بكثرة، ومتوافق حيويًا ، وقابل للتحلل الحيوي، وصديق للبيئة، ومنخفض التكلفة، ويتوافق مع التخليق الكيميائي البسيط. يواجه أكسيد الزنك قيودًا تحد من استخدامه على نطاق واسع في التحفيز الضوئي تحت الإشعاع الشمسي. وقد اقتُرحت عدة طرق للتغلب على هذا القيد، بما في ذلك التطعيم لتقليل فجوة النطاق وتحسين فصل حاملات الشحنة. ^{[ 36 ]}

يفصل التحليل الضوئي للماء الماء إلى هيدروجين وأكسجين: ^{[ 37 ]}

2 H₂O _→ 2 _H₂ + _O₂

المادة الأكثر شيوعًا في الدراسات، TiO₂ ، غير فعال. مخاليط من ثاني أكسيدالتيتانيوم_{يُعدّ كلٌّ من ثاني} أكسيد النيكل (NiO) وأكسيد النيكل (NaTaO₃) أكثر نشاطًا. يسمح أكسيد النيكل باستغلالٍ واسعٍ للطيف المرئي. ^{[ 38 ]} يعتمدأحد المحفزات الضوئية الفعّالة فيالأشعة فوق البنفسجيةتانتاليت(NaTaO₃₎المُطعّم باللانثانوم والمُحمّل بمحفز مساعد منأكسيدالنيكل . يتميز السطح بوجودأخاديد نانويةناتجة عن التطعيمباللانثانوم(يتراوح حجمها بين 3 و15 نانومترًا، انظرتقنية النانو). تتواجد جزيئات أكسيد النيكل على الحواف، وينطلق الأكسجين من الأخاديد. 

يُشارك ثاني أكسيد التيتانيوم في الزجاج ذاتي التنظيف . الجذور الحرة ^{[ 39 ] [ 40 ]} المتولدة من TiO_2- أكسدةالمواد العضوية. ^{[ 41 ] [ 42 ]} ثاني أكسيد التيتانيومالخشن ذو الشكل الإسفينييمكن تعديل السطح ₂ بطبقة أحادية كارهة للماء من حمض الأوكتاديسيل فوسفونيك(ODP).TiO_أظهر سطحان تمبالبلازمالمدة 10 ثوانٍ، ثم تعديلهما لاحقًا باستخدام ODP، زاوية تلامس مع الماء أكبر من 150 درجة. وتحول السطح إلى سطح فائق المحبة للماء (زاوية تلامس الماء = 0 درجة) عند تعريضه للأشعة فوق البنفسجية، وذلك نتيجة التحلل السريع لطبقة حمض الأوكتاديسيل فوسفونيك الناتجة عنTiO₂._2. التحفيز الضوئي. بسببالتيتانيوم_{فجوة النطاق الواسعة لـ 2} ، وامتصاص الضوء بواسطة مادة أشباه الموصلات، والتحويل الفائق المحبة للماء الناتج لـTiO₂ يتطلب إشعاعًا فوق بنفسجيًا (طول موجي <390 نانومتر) وبالتالي يقتصر التنظيف الذاتي على التطبيقات الخارجية. ^{[ 43 ]}

تُستخدم عملية التحفيز الضوئي على نطاق واسع في معالجة المياه، وتعقيم الأسطح، وتحلل الملوثات العضوية.

• تطهير المياه وإزالة التلوث، ^{[ 44 ]} بما في ذلك تطبيقات التطهير الشمسي للمياه ( SODIS ). ^{[ 45 ] [ 46 ]}
• ثاني أكسيد التيتانيوم_2- طلاءات ذاتيةالتعقيمللأسطح الملامسة للأغذية والبيئات التي يكثر لمسها. ^{[ 47 ]}
• ثاني أكسيد التيتانيوم المغناطيسي_{نظامان من} الجسيمات النانوية لأكسدةالملوثات، مما يتيح استعادة المحفز عبر المجالات المغناطيسية الخارجية. ^{[ 48 ]}
• تعقيم الأدوات الطبية وتنظيف المكونات البصرية والإلكترونية. ^{[ 49 ]}

إضافةً إلى الأنظمة التقليدية القائمة على ثاني أكسيد التيتانيوم ، طُوِّرت محفزات ضوئية نشطة في الضوء المرئي لتمكين التطهير تحت أشعة الشمس. ومن بين هذه المحفزات، أظهرت مواد أوكسي يوديد البزموت (BiₓOᵧI₂ ₎ قدرةً على _{تعطيل البكتيريا} بسرعة تحت الضوء المرئي. وقد أُفيد بأن تركيبات محددة تُحقق تعطيلًا كاملًا لبكتيريا الإشريكية القولونية في غضون دقائق، من خلال آليات تشمل كلًا من أنواع الأكسجين التفاعلية والتفاعلات المباشرة لحاملات الشحنة الضوئية مع الخلايا الميكروبية. ^{[ 50 ]}

ثاني أكسيد التيتانيوم_2- تحويل أولأكسيد الكربون₂ إلى هيدروكربونات غازية. ^{[ 51 ]} تتضمن آليات التفاعل المقترحة تكوين جذر كربوني شديد التفاعل من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، والذي يتفاعل بدوره مع البروتونات المتولدة ضوئيًا لتكوينالميثان. كفاءاتTiO_2- المحفزات الضوئية منخفضة، على الرغم من أن الهياكل النانوية مثلأنابيب الكربون النانوية ^{[ 52 ]} والجسيماتالنانويةالمعدنية ^{[ 53 ]} تساعد.

يُعدّ ePaint بديلاً أقل سمية للدهانات البحرية التقليدية المضادة للترسبات والتي تولد بيروكسيد الهيدروجين.

يمكن أن ينتج عن التحفيز الضوئي للتفاعلات العضوية بواسطة معقدات البوليبيريديل، ^{[ 54 ]} أو البورفيرينات، ^{[ 55 ]} أو أصباغ أخرى ^{[ 56 ]} مواد لا يمكن الحصول عليها بالطرق التقليدية. وقد استخدمت معظم الدراسات المتعلقة بتحلل الأصباغ بالتحفيز الضوئي ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)._2. شكل الأناتازمنثانيأكسيد التيتانيوم₂ يتمتع بخصائص امتصاص فوتوني أعلى. ^{[ 57 ]}

تُتيح أنواع توليد الجذور الحرة بواسطة المحفزات الضوئية تحلل الملوثات العضوية إلى مركبات غير سامة بكفاءة عالية. ويُعد استخدام صفائح أكسيد النحاس النانوية لكسر روابط الآزو في أصباغ الطعام مثالًا على ذلك، حيث بلغت نسبة التحلل 96.99% بعد 6 دقائق فقط. ^{[ 58 ]} يُعد تحلل المواد العضوية خاصية بالغة الأهمية، لا سيما في معالجة النفايات.

يُبشّر استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂ ₎ كمحفز ضوئي كنظام داعم لأغشية الترشيح بتحسين أداء المفاعلات الحيوية الغشائية في معالجة مياه الصرف الصحي. ^{[ 59 ]} وقد أظهرت الأغشية المصنوعة من البوليمر خصائص تنظيف ذاتي وخصائص مقاومة للتلوث ، سواءً في أغشية _ثاني أكسيد التيتانيوم المخلوطة أو المطلية . وتُعدّ الأغشية المطلية بالمحفز الضوئي الأكثر فعالية، إذ أن زيادة مساحة سطح المحفز الضوئي المعرضة تزيد من نشاطه في تحلل المواد العضوية. ^{[ 60 ]}

تُعدّ المحفزات الضوئية أيضًا عوامل اختزال فعّالة للغاية للمعادن الثقيلة السامة مثل الكروم سداسي التكافؤ من أنظمة المياه. تحت الضوء المرئي، بلغت فعالية اختزال الكروم سداسي التكافؤ بواسطة محلول هلامي من السيريوم _{والزركونيوم} على كربيد السيليكون 97% في اختزال المعدن الثقيل إلى كروم ثلاثي التكافؤ . ^{[ 61 ]}

كان مشروع Light2CAT مشروعًا ممولًا من قبل المفوضية الأوروبية في الفترة من 2012 إلى 2015. وكان يهدف إلى تطوير TiO معدل₂ التي يمكنها امتصاص الضوء المرئي وتتضمن هذاTiO₂ في الخرسانة الإنشائية. ثاني أكسيدالتيتانيوم_2. تعمل هذه التقنية على تحليل الملوثات الضارة مثل أكاسيد النيتروجين إلى نترات (_NO3−⁾_ثانيأكسيد التيتانيوم المُعدَّلفي كوبنهاغن وهولباك بالدنمارك، وفالنسيا بإسبانيا. وقد أدى هذا النوع من الخرسانة "ذاتية التنظيف" إلى خفض أكاسيد النيتروجين بنسبة تتراوح بين 5 و20% على مدار عام. ^{[ 62 ] [ 63 ]}

تسمح الأكسدة التحفيزية الضوئية لمواد أشباه الموصلات المدمجة في منتجات البناء - مثل الأرصفة والدهانات والجص - بتحليل ملوثات الهواء الغازية إلى مواد غير ضارة أو مستقرة. بينما ثاني أكسيد التيتانيوم ( TiO₂)₂ ) هو المعيار التقليدي لتحويل أكاسيد النيتروجين (NO_x ) إلى نترات (NO ⁻ ₃ ) التي جرفتها الأمطار، ويركز البحث البديل على مواد أشباه الموصلات النشطة تحت الضوء المرئي.

يُدرس أكسيد يوديد البزموت (BiOI) لهذا التطبيق نظرًا لفجوة نطاقه الضيقة وبنيته الصفائحية التي تُعزز فصل الإلكترونات والفجوات بكفاءة. يُؤدي تعديل BiOI بعوامل مُوجهة للبنية مثل EDTA إلى إنتاج كريات مجهرية مسامية ذات مساحة سطحية نوعية أعلى، مما يُحسّن إزالة أكسيد النيتريك (NO) تحت إشعاع الأشعة فوق البنفسجية A. علاوة على ذلك، يُوسّع دمج BiOI مع أكسيد الجرافين نشاطه التحفيزي الضوئي ليشمل طيف الضوء المرئي، ويُحقق انتقائية عالية تجاه تكوين النترات، مما يُثبط بشكل فعال إنتاج الملوثات الثانوية السامة مثل ثاني أكسيد النيتروجين ( NO₂).₂ ). ^{[ 64 ]}