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背景介紹 利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)CO2和H2O轉(zhuǎn)化為燃料和工業(yè)原料是解決全球環(huán)境變化和能源短缺問(wèn)題的理想手段之一。近年來(lái)，研究人員在光催化CO2還原領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，但高活性高選擇性的生成特定產(chǎn)物仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)性課題。合理設(shè)計(jì)催化活性位點(diǎn)并詳細(xì)探究催化機(jī)理是開(kāi)發(fā)高效光催化劑以及提升CO2還原效率的重要基礎(chǔ)。光催化CO2還原反應(yīng)涉及多個(gè)質(zhì)子-電子耦合轉(zhuǎn)移步驟；其中H2O氧化半反應(yīng)不僅通過(guò)H2O解離提供質(zhì)子（H+）而且消耗光生空穴提高電子-空穴的分離效率（產(chǎn)物通常為O2或H2O2）。目前大多數(shù)研究工作僅關(guān)注CO2的活化和轉(zhuǎn)化，忽略了H2O活化的質(zhì)子供給效應(yīng)對(duì)整個(gè)反應(yīng)速率的影響。實(shí)際上，緩慢的H2O解離過(guò)程可能限制活性氫的供給速率，從而影響涉及多步質(zhì)子-電子耦合轉(zhuǎn)移的CO2還原過(guò)程。因此，構(gòu)筑有利的活性位點(diǎn)增強(qiáng)水解離和質(zhì)子供給是十分必要的。 成果簡(jiǎn)介 本研究通過(guò)一步溶劑熱法合成了S摻雜的BiOCl（S-BiOCl）納米片，該S-BiOCl納米片在模擬太陽(yáng)光照射下迅速變成黑色且其表面溫度達(dá)到約200 °C，實(shí)現(xiàn)了高效的熱輔助光催化CO2還原制CO，CO產(chǎn)率為49.76 μmol gcat-1 h-1、選擇性為100%。研究表明該反應(yīng)由光生載流子引發(fā)，催化劑的光熱效應(yīng)進(jìn)一步加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)（KIE）實(shí)驗(yàn)表明，緩慢的H2O裂解限制整個(gè)光催化CO2還原過(guò)程的反應(yīng)速率。原位表征和理論計(jì)算證明，表面氧空位（OV）可以促進(jìn)H2O的吸附和活化，而摻雜的S位點(diǎn)促進(jìn)H2O裂解同時(shí)加速氫遷移。因此，S-BiOCl催化劑中OV缺陷、S位點(diǎn)和光熱效應(yīng)的巧妙結(jié)合共同提高了熱輔助光催化CO2還原反應(yīng)的效率。 圖文導(dǎo)讀 圖5在紫外-可見(jiàn)光照射且溫度為（a）100 ℃和（b）25 ℃條件下S-BiOCl催化CO2還原過(guò)程的原位DRIFTS圖，（c）在紫外-可見(jiàn)光照射且溫度為100 ℃ 條件下BiOCl催化CO2還原過(guò)程的原位DRIFTS圖。 圖6BiOCl(001)、BiOCl(001)-OV和S-BiOCl(001)-OV表面（a）H2O活化和解離的吉布斯自由能圖，（b）CO2還原生成CO的吉布斯自由能圖，（c）BiOCl(001)-OV和S-BiOCl(001)-OV預(yù)先吸附H*進(jìn)行CO2還原的吉布斯自由能圖，（d）*COOH + H*分別在BiOCl(001)-OV和S-BiOCl(001)-OV上的構(gòu)型圖。 作者簡(jiǎn)介 論文第一作者為浙江理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院碩士生閆珂，共同第一作者為杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院陳靚博士，通訊作者為浙江理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院李本俠教授。 李本俠：浙江理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。2003年獲得安徽大學(xué)學(xué)士學(xué)位，2008年獲得中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位，2008-2016年在安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院工作，2012.8-2013.8香港中文大學(xué)物理系訪問(wèn)學(xué)者，2017年至今在浙江理工大學(xué)工作；主要圍繞光催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與作用機(jī)理及其在能源催化領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)展研究。目前已發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文100余篇，論文他引6000 余次；以第一完成人獲得省級(jí)自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，入選浙江省151人才工程第三層次培養(yǎng)計(jì)劃、浙江省高校領(lǐng)軍人才高層次拔尖人才。 文章信息 Yan K, Chen L, Hu Y, et al. Accelerating solar driven CO2 reduction via sulfur-doping boosted water dissociation and proton transfer. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5888-3. 識(shí)別二維碼可訪問(wèn)全文 點(diǎn)擊閱讀原文，報(bào)名計(jì)算培訓(xùn)！
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