CO2光還原目前面臨兩大挑戰(zhàn)：光還原效率低和產(chǎn)物選擇性差。超薄二維鹵氧化鉍具有大量的表面空位(活性位點)，是調(diào)節(jié)CO2光轉(zhuǎn)化的理想材料，但這種催化劑的表面空位在反應過程中很容易失活。CO2光還原依賴于足夠的活性位點，
因此，電子科技大學董帆課題組通過水輔助自組裝工藝合成了超薄Bi4O5Cl2納米片，該納米片具有足夠的光可開關(guān)表面Cl空位用于太陽能驅(qū)動的CO2-CO轉(zhuǎn)化。
表面Cl空位在光照射下產(chǎn)生，并在關(guān)閉照射后在O2氣氛下再次用遷移的Cl填充。這些光可開關(guān)空位使Bi4O5Cl2在輻照4小時后產(chǎn)生58.49 μmol g-1 CO，并具有高穩(wěn)定性，同時也降低了速率決定步驟(CO2到COOH-)和選擇性決定步驟的能壘(COOH--CO)，實現(xiàn)100%的產(chǎn)品選擇性。
超薄Bi4O5Cl2納米片上發(fā)生具有100% CO選擇性的CO2光還原可分為四個主要步驟：1.Cl離子從Bi4O5Cl2表面逸出，原位形成大量的表面Cl空位；2.CO2分子在Cl空位上被化學吸附和活化；3.光生電子注入活化的CO2，產(chǎn)生一定量的COOH-，然后COOH-被還原為CO；4.反應完成后，光誘導的Cl空位被遷移的Cl-重新填充，使Bi4O5Cl2恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。
本研究報道的可逆、可光開關(guān)空位表明，設計豐富且可持續(xù)的表面空位可有效改善CO2光還原催化劑的基本性能。該策略可用于提高光催化能力和調(diào)節(jié)光催化CO2轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物選擇性，也可以指導多相催化中缺陷化學的進一步研究。
Photoswitchable Chlorine Vacancies in Ultrathin Bi4O5Cl2 for Selective CO2 Photoreduction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00157
