CO2的太陽(yáng)能光還原在開(kāi)發(fā)可持續(xù)能源技術(shù)方面提供了巨大的希望，可以結(jié)束人為的碳循環(huán)。然而，由于CO2分子其高熱力學(xué)和穩(wěn)定性，其光活化是極其困難和復(fù)雜的，且將CO2選擇性轉(zhuǎn)化到所需產(chǎn)物通常取決于反應(yīng)途徑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)障礙。因此，合理設(shè)計(jì)用于CO2轉(zhuǎn)化到CH4的高效和選擇性光催化劑至關(guān)重要。基于此，賈瓦哈拉爾尼赫魯高級(jí)科學(xué)研究中心的Sebastian C. Peter團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種異質(zhì)結(jié)光催化劑BiVO4/WO3，在可見(jiàn)光下將CO2選擇性轉(zhuǎn)化為CH4(105 μmol g-1 h-1)，轉(zhuǎn)化率超過(guò)99%。更重要的是，WO3納米顆粒和BiVO4納米片之間的界面在復(fù)合材料形成時(shí)驅(qū)動(dòng)BiVO4晶格參數(shù)的擴(kuò)展和應(yīng)變的松弛，有利于快速光誘導(dǎo)電荷傳輸，而無(wú)需任何犧牲劑。電荷轉(zhuǎn)移和電子-空穴分離的增強(qiáng)以及適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)介質(zhì)選擇導(dǎo)致活性和選擇性成倍增加。與CH4還原電位相關(guān)的適當(dāng)能帶排列和系統(tǒng)間電荷轉(zhuǎn)移的存在揭示了復(fù)合材料中電子轉(zhuǎn)移的Z-型機(jī)制。詳細(xì)的光物理、光電化學(xué)和X射線(xiàn)吸收光譜研究指出了電子轉(zhuǎn)移的Z型機(jī)制，與復(fù)合催化劑的各個(gè)組分和其他已知的CO2光催化劑相比，該機(jī)制有利于電子和空穴分離。通過(guò)實(shí)驗(yàn)漫反射紅外傅里葉變換光譜和理論密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步證實(shí)了觀(guān)察結(jié)果，這表明異質(zhì)結(jié)對(duì)CO2具有較低的自由能壘與原始BiVO4表面相比，由于*CH2O中間體在應(yīng)變松弛異質(zhì)結(jié)表面上具有更大的穩(wěn)定性，因此轉(zhuǎn)化為CH4。目前的工作為構(gòu)建高性能異質(zhì)結(jié)光催化劑以將CO2選擇性轉(zhuǎn)化為所需的化學(xué)品和燃料提供了基本見(jiàn)解。Noble-Metal-Free Heterojunction Photocatalyst for Selective CO2 Reduction to Methane upon Induced Strain Relaxation. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c04587
