CO2的太陽能光還原在開發(fā)可持續(xù)能源技術方面提供了巨大的希望，可以結束人為的碳循環(huán)。然而，由于CO2分子其高熱力學和穩(wěn)定性，其光活化是極其困難和復雜的，且將CO2選擇性轉化到所需產物通常取決于反應途徑的熱力學和動力學障礙。因此，合理設計用于CO2轉化到CH4的高效和選擇性光催化劑至關重要。基于此，賈瓦哈拉爾尼赫魯高級科學研究中心的Sebastian C. Peter團隊開發(fā)了一種異質結光催化劑BiVO4/WO3，在可見光下將CO2選擇性轉化為CH4(105 μmol g-1 h-1)，轉化率超過99%。更重要的是，WO3納米顆粒和BiVO4納米片之間的界面在復合材料形成時驅動BiVO4晶格參數的擴展和應變的松弛，有利于快速光誘導電荷傳輸，而無需任何犧牲劑。電荷轉移和電子-空穴分離的增強以及適當的反應介質選擇導致活性和選擇性成倍增加。與CH4還原電位相關的適當能帶排列和系統(tǒng)間電荷轉移的存在揭示了復合材料中電子轉移的Z-型機制。詳細的光物理、光電化學和X射線吸收光譜研究指出了電子轉移的Z型機制，與復合催化劑的各個組分和其他已知的CO2光催化劑相比，該機制有利于電子和空穴分離。通過實驗漫反射紅外傅里葉變換光譜和理論密度泛函理論計算進一步證實了觀察結果，這表明異質結對CO2具有較低的自由能壘與原始BiVO4表面相比，由于*CH2O中間體在應變松弛異質結表面上具有更大的穩(wěn)定性，因此轉化為CH4。目前的工作為構建高性能異質結光催化劑以將CO2選擇性轉化為所需的化學品和燃料提供了基本見解。Noble-Metal-Free Heterojunction Photocatalyst for Selective CO2 Reduction to Methane upon Induced Strain Relaxation. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c04587
