可見光驅動CO2還原為甲烷和其他碳氫化合物是解決全球變暖和能源危機問題的一個有前景的策略。理想的光催化劑應具有較小的活化能勢壘和較高的產(chǎn)物選擇性，然而，由于水分解反應的競爭和復雜的CO2還原反應動力學，提高光催化CO2還原的轉化效率和選擇性是一項巨大挑戰(zhàn)。基于此，東華大學閆建華和丁彬等通過一種簡便的納米纖維合成方法和一種新的室溫缺陷控制策略，制備出含有豐富的氧空位和不飽和Nb雙位點的柔性介孔黑色Nb2O5納米纖維催化劑(Nb2O5-x)，用于高效光催化CO2還原為CH4。
引入的OVs后白色Nb2O5膜變?yōu)楹谏玁b2O5-x，降低了Nb2O5-x的整體活化能壘，使光吸收范圍從紫外擴大到可見光。此外，動力學模擬表明，OVs不僅作為陷阱捕獲光生電子和減少電子-空穴對的重組，也在缺陷能級附近引入了一個費米能級，這顯著提高了黑色Nb2O5-xNF催化劑的光催化CO2轉換效率。OVs附近的不飽和Nb位點可以在反應過程中錨定更多的CO2分子和中間體，有利于富集光生電子，使中間體CO*產(chǎn)物可以自發(fā)地轉變?yōu)镃HO*，從而在催化劑表面發(fā)生甲烷形成和解吸。因此，在可見光下，不使用光敏劑和犧牲劑，催化劑對CO2還原為甲烷的選擇性為64.8%，生產(chǎn)速率為19.5 μmol g-1 h-1，對CO2還原為CO的選擇性為35.2%，生產(chǎn)速率為10.59 μmol g-1 h-1。該項工作可能為開發(fā)高效光催化體系提供策略，并且所報道的NF制備方法也適用于制備TiO2、ZrO2等其他氧化物半導體光催化劑材料。Fabrication of Flexible Mesoporous Black Nb2O5 Nanofiber Films for Visible-Light-Driven Photocatalytic CO2 Reduction into CH4. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202200756
