第一作者： 張龍禎
通訊作者： 宣益民
通訊單位： 南京航空航天大學(xué)
論文DOI： 10.1002/adfm.202514966
化石燃料燃燒導(dǎo)致大氣中CO?升高，已成全球面臨的挑戰(zhàn)之一。將 CO?光催化轉(zhuǎn)化為高附加值燃料，是環(huán)保且推動碳中和的關(guān)鍵技術(shù)之一，但當(dāng)前效率受光譜吸收窄、載流子分離差、活性位點(diǎn)不足等限制。傳統(tǒng)優(yōu)化策略（如金屬負(fù)載等）易引負(fù)面問題，外場耦合則需提供額外能量，而光致變色可低能耗調(diào)控材料性能，但相關(guān)研究較少。BaTiO?（BTO）的 CO?還原活性欠佳，本研究提出創(chuàng)新性設(shè)計：結(jié)合光致變色效應(yīng)與空位工程，構(gòu)建 Z 型異質(zhì)結(jié)。通過合成 BTO 與 Cl、I 共摻雜 BiOBr（BCBI）的復(fù)合催化劑（BTO-BCBI）實(shí)現(xiàn)其具可逆光致變色性，在無犧牲劑條件下 CO 產(chǎn)率是BCBI 的 4.2 倍、BTO-BiOBr（BTO-BB）的 9.7 倍。通過實(shí)驗(yàn)和理論計算表明，效率提升源于以下幾個原因：BTO 與 BCBI 界面抑制電荷復(fù)合；BTO-BCBI 光致變色效應(yīng)增強(qiáng)；Cl、I 摻雜增強(qiáng)光吸收及載流子傳輸；Ti3?與氧空位（XPS、EPR 證實(shí)）起關(guān)鍵作用； Z 型異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建。本研究為CO?光催化效率的提升提供了新方法。
化石燃料燃燒導(dǎo)致大氣 CO?濃度升高，亟需可持續(xù)減排技術(shù)，而光催化 CO?還原（純 H?O 作為電子供體）是兼顧 “碳減排” 與 “能源轉(zhuǎn)化” 的綠色路徑?，F(xiàn)如今很多催化劑存在光生電子-空穴復(fù)合快，分離/傳輸效率差，活性位點(diǎn)不足，CO?吸附與活化能力弱等問題。如今主流的改性方法是貴金屬負(fù)載、摻雜等，而這些方法易引入電荷復(fù)合中心，阻塞活性位點(diǎn)；新興的方法是與外場（電場、磁場等）進(jìn)行耦合，這個方法需額外能量，導(dǎo)致其實(shí)用性會受限。
光致變色效應(yīng)與空位工程結(jié)合：光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，動態(tài)調(diào)控電子密度與還原電勢，提升光吸收與載流子生成；BTO 中的 Ti3?與氧空位提供活性位點(diǎn)，促進(jìn) CO?吸附與電荷分離；
Z 型異質(zhì)結(jié)：保留強(qiáng)還原能力的電子與強(qiáng)氧化能力的空穴，避免 II 型異質(zhì)結(jié)氧化還原能力削弱問題，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在空間上進(jìn)行分離。
材料的基本表征：
圖1 BTO-BCBI樣品的形貌表征：a)代表性SEM圖像，b) BTO-BCBI異質(zhì)結(jié)構(gòu)元素分布映射，c,d)代表性TEM圖像，e) HR-TEM圖像，f) BTO和h) BCBI的HR-TEM圖像的晶格以及BTO-BCBI材料中g) BTO和i) BCBI的快速傅里葉變換（FFT）圖像。
SEM 表征顯示樣品形貌差異顯著，BCBI納米片嵌入BTO多面體結(jié)構(gòu)。EDS 元素分析、TEM和 HRTEM進(jìn)一步證實(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)合成功：Bi、Br、Cl、I、O、Ti、Ba 元素分布均勻，納米片與多面體間存在大量界面接觸，BB 與 BCBI 納米片厚度小于 10 nm，且 HRTEM 觀察到 BTO（110）晶面（
