第一作者： 张龙祯

通讯作者： 宣益民

通讯单位： 南京航空航天大学

论文DOI： 10.1002/adfm.202514966

化石燃料燃烧导致大气中CO₂升高，已成全球面临的挑战之一。将 CO₂光催化转化为高附加值燃料，是环保且推动碳中和的关键技术之一，但当前效率受光谱吸收窄、载流子分离差、活性位点不足等限制。传统优化策略（如金属负载等）易引负面问题，外场耦合则需提供额外能量，而光致变色可低能耗调控材料性能，但相关研究较少。BaTiO₃（BTO）的 CO₂还原活性欠佳，本研究提出创新性设计：结合光致变色效应与空位工程，构建 Z 型异质结。通过合成 BTO 与 Cl、I 共掺杂 BiOBr（BCBI）的复合催化剂（BTO-BCBI）实现其具可逆光致变色性，在无牺牲剂条件下 CO 产率是BCBI 的 4.2 倍、BTO-BiOBr（BTO-BB）的 9.7 倍。通过实验和理论计算表明，效率提升源于以下几个原因：BTO 与 BCBI 界面抑制电荷复合；BTO-BCBI 光致变色效应增强；Cl、I 掺杂增强光吸收及载流子传输；Ti³⁺与氧空位（XPS、EPR 证实）起关键作用； Z 型异质结的构建。本研究为CO₂光催化效率的提升提供了新方法。

化石燃料燃烧导致大气 CO₂浓度升高，亟需可持续减排技术，而光催化 CO₂还原（纯 H₂O 作为电子供体）是兼顾 “碳减排” 与 “能源转化” 的绿色路径。现如今很多催化剂存在光生电子-空穴复合快，分离/传输效率差，活性位点不足，CO₂吸附与活化能力弱等问题。如今主流的改性方法是贵金属负载、掺杂等，而这些方法易引入电荷复合中心，阻塞活性位点；新兴的方法是与外场（电场、磁场等）进行耦合，这个方法需额外能量，导致其实用性会受限。

光致变色效应与空位工程结合：光诱导结构转变，动态调控电子密度与还原电势，提升光吸收与载流子生成；BTO 中的 Ti³⁺与氧空位提供活性位点，促进 CO₂吸附与电荷分离；

Z 型异质结：保留强还原能力的电子与强氧化能力的空穴，避免 II 型异质结氧化还原能力削弱问题，将氧化反应和还原反应在空间上进行分离。

材料的基本表征：

图1 BTO-BCBI样品的形貌表征：a)代表性SEM图像，b) BTO-BCBI异质结构元素分布映射，c,d)代表性TEM图像，e) HR-TEM图像，f) BTO和h) BCBI的HR-TEM图像的晶格以及BTO-BCBI材料中g) BTO和i) BCBI的快速傅里叶变换（FFT）图像。

SEM 表征显示样品形貌差异显著，BCBI纳米片嵌入BTO多面体结构。EDS 元素分析、TEM和 HRTEM进一步证实结构复合成功：Bi、Br、Cl、I、O、Ti、Ba 元素分布均匀，纳米片与多面体间存在大量界面接触，BB 与 BCBI 纳米片厚度小于 10 nm，且 HRTEM 观察到 BTO（110）晶面（