论文DOI：10.1016/j.apcatb.2022.121679 选择性还原作为温室气体主要成分的CO2，仍然是光催化技术面临的一个重大挑战。在本工作中，我们提出了一种新的策略，制备高选择性和稳定性的双空位异质结构光催化剂。Nb2O5中的氧空位与g-C3N4中的氮空位产生协同催化效应，使其具有优良的光催化还原性能。结果表明，该光催化剂5次循环后，CH4产率为16.07 μmol g-1, CO产率为0.89 μmol g-1。并通过密度泛函理论(DFT)计算和原位技术对CO2还原机理进行了详细的验证。表明双空位异质结表面与原始样品表面相比具有更低的自由能势垒。这一新策略开拓了双空位异质结构在环境催化中的重要应用。近年来，化石燃料的过度使用导致温室气体的大量排放已经引起了全球的能源危机及环境问题，极大的阻碍了人类社会的可持续发展。如何去除环境中的温室气体已经成为大家关注的热点。由于C=O（~750 kJ / mol）裂解能高，光转化CO2远没有在实际应用中得到普及。同时，从动力学角度来看，CH4需要8个电子才能形成，这比CO2的双电子还原为CO要困难的多。此外，目前的研究大多局限于单个缺陷催化剂，其表面活性位点少且单一，在CO2中只倾向于吸附C或O原子，结合能非常弱，与CO2中高度稳定的C-O键相比，T-C或T-O键（其中T代表传统的活性位点）的强度相对较弱，易于裂解。因此这些传统光催化剂仍然存在CH4选择性和转化率低的问题。①本工作通过原位水热复合和还原法成功构建了富含富氧氮双空位的g-C3N4-Nb2O5异质结，并实现了高效光催化还原CO2；②双空位结构增强了CO2在VO,N-NBCN上的吸附和活化能力;③本文结合理论计算与原位红外研究了发生还原反应时双空位活性位点上中间物种的变化，通过缺陷数量和种类的调控以及结合异质结的优势可实现高效的载流子传输，从而获得优异的CH4选择性。▲图1. DFT研究双空位异质结催化剂和原始样品的反应机制▲图2. VO,N-NBCN光催化剂的合成过程以及形貌表征▲图3. NBCN, VN-CN, VO-NB和VO,N-NBCN的缺陷研究▲图4. NBCN, VN-CN, VO-NB和VO,N-NBCN的电化学性能▲图5. NBCN, VN-CN, VO-NB和VO,N-NBCN的还原性和稳定性等研究▲图6. 双空位异质结催化剂和原始样品的原为红外表征总之，我们成功地构建了具有高活性双空位的异质结VO,N-NBCN，以精确地调节CO2光还原反应的活性和选择性。这种新型材料具有优异的电荷分离效率、更多的活性位点和更强的CO2吸附能力，在可见光下作为光催化剂表现出显著的CO2还原性能。此外，原位红外进一步显示了反应过程中中间物种的变化。同时，理论计算表明，引入O和N空位导致CH4生成路径的自由能垒较低。这一策略可能在光催化领域发挥重要作用，并为其能源应用提供新的CO2减排灵感。郭洪教授：云南大学，教授，博士生导师，博士后合作导师。云南省学术带头人，云南大学东陆学者，中国硅酸盐学会固态离子学分会理事（CSSI），国际能源与电化学科学研究院(IAOEES)理事,国际电化学会（ISE）会员，国家科技专家库在库专家。先后主持国家自然科学基金面上项目、973计划课题项目、云南省重点、教育部重点项目等20余项省部级及以上课题。主要从事电化学储能及环境催化研究。以第一作者及通讯作者在Adv. Mater., ACS Energy Lett., Energy Storage Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy., Appl. Catal. B-Environ.等学术期刊发表论文100余篇，引用超过6000次。申请及授权30于项中国发明专利。在新能源及环境化学方面具有较高的国际学术影响力。
