光催化CO2還原反應(yīng)(CO2RR)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和的理想解決方案之一，因?yàn)樗粌H可以減少大氣中的CO2，也能夠?qū)O2轉(zhuǎn)化為具有高附加值的太陽(yáng)能燃料。然而，由于C=O鍵的高解離能(~750 kJ mol-1)，在室溫下活化CO2非常困難。拓寬光催化劑的太陽(yáng)光譜吸收，加速電荷分離效率，并創(chuàng)建豐富的活性位點(diǎn)可能是實(shí)現(xiàn)高效和高選擇性CO2RR的可行策略。
基于此，武漢理工大學(xué)張高科、溫州大學(xué)肖遙和湖北師范大學(xué)王楷等通過(guò)濕化學(xué)策略引入硫源，合成了表面硫化的Bi2O2SiO3(S-BOSO)超薄納米片光催化劑。硫化改性后的S-BOSO納米片含有硫位點(diǎn)，其能夠在光照下將CO2選擇性地轉(zhuǎn)化為CH3OH。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算證明，在硫化的BOSO超薄納米片中電荷富集的Bi原子作為反應(yīng)活性位點(diǎn)，并且S-BOSO納米片的界面重構(gòu)有利于*CHO中間體的質(zhì)子化，實(shí)現(xiàn)了高效和高選擇性光催化低濃度CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH而不是CO。因此，在光照下反應(yīng)4小時(shí)，優(yōu)化的S-BOSO-3上CH3OH生產(chǎn)速率達(dá)到3.19 μmol?g-1 h-1，選擇性為78.6%；在紫外可見(jiàn)光照射下S-BOSO也能進(jìn)行CO2還原反應(yīng)，證實(shí)了S-BOSO對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)。更重要的是，S-BOSO-3在10個(gè)循環(huán)反應(yīng)(約40小時(shí))后，CH3OH的生產(chǎn)速率和選擇性下降可忽略不計(jì)，證明S-BOSO具有優(yōu)異的耐久性。本研究為設(shè)計(jì)和制備具有高暴露活性位點(diǎn)的光催化劑以實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度CO2的選擇性光還原提供了新的策略。Atomic-Level Insight of Sulfidation-Engineered Aurivillius-Related Bi2O2SiO3 Nanosheets Enabling Visible Light Low-Concentration CO2 Conversion. Carbon Energy, 2022. DOI: 10.1002/cey2.264
