隨著大氣中溫室氣體的濃度持續(xù)上升，全球平均氣溫也逐步提高。這一過程在短時間內(nèi)是不可逆的。因此消除溫室氣體，開發(fā)可再生的清潔能源關(guān)系到全人類的生存和可持續(xù)發(fā)展。光催化作為一種極具潛力的太陽能利用手段，可以將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值的燃料和化學(xué)品，有利于解決全球能源短缺和環(huán)境危機。
但是CO2分子較高的碳氧雙鍵鍵能和對稱性的分子結(jié)構(gòu)使其吸附和活化需要越過極高的能壘。因此開發(fā)一種簡便環(huán)保有普適性的方法活化催化劑表面，使其對CO2分子的親和力大大增強，成為一種有效的途徑。此外，光催化CO2還原這一反應(yīng)又涉及到復(fù)雜的多電子轉(zhuǎn)移路徑，導(dǎo)致了復(fù)雜的催化產(chǎn)物和反應(yīng)動力學(xué)。如何構(gòu)建性能優(yōu)異、穩(wěn)定廉價環(huán)保的光催化反應(yīng)體系成為該領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。
澳大利亞阿德萊德大學(xué)化工與先進(jìn)材料學(xué)院喬世璋教授研究團(tuán)隊開發(fā)了一種超聲輔助的表面化學(xué)刻蝕方法在一系列鉍基氧化物的（010）表面構(gòu)建活性位點。這一方法使得Bi2MoO6 等金屬氧化物納米片表面對CO2 分子的吸附活化能壘降低，同時促進(jìn)了光生電荷的分離和轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高了光催化CO2活性。這一方法同時也適用于BiVO4與Bi2WO6 等其他的光催化劑。
Bi2MoO6納米片有利于暴露更多地活性位點。這些活性中心由引入其（010）表面的氧空位產(chǎn)生。這些氧空位引起了晶格畸變，暴露出與其配位的金屬中心，成為了CO2 活化的中心。原位紅外測試表明在刻蝕的納米片表面產(chǎn)生了更多的CO2 吸附物種。DFT理論模擬計算也證明CO2 分子在其表面接受了更多來自催化劑的電子并降低了吸附能，這些使得CO2 分子的鍵長和鍵角發(fā)生更明顯的變化。修飾的納米片表面降低了二氧化碳還原中重要中間體轉(zhuǎn)化的能壘。一系列的光譜和電化學(xué)表征表明整個反應(yīng)體系中光生電荷的分離和轉(zhuǎn)移也得到加強。 最終，該活化的納米片表面展現(xiàn)出高的活性、選擇性和穩(wěn)定性。該工作為開發(fā)新型光催化劑提供了一種表面工程新策略。 論文信息 Facet-specific Active Surface Regulation of BixMOy (M=Mo, V, W) Nanosheets for Boosted Photocatalytic CO2 reduction Yanzhao Zhang, Dr. Xing Zhi, Dr. Jeffrey R. Harmer, Prof. Haolan Xu, Dr. Kenneth Davey, Dr. Jingrun Ran, Prof. Shi-Zhang Qiao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212355
