ACS Catalysis：表面和界面双极化促进BP-Bi24O31Br10高效光催化CO2RR

利用太阳能将CO₂光还原转化为化学品被认为是缓解能源危机和温室效应的有效方法。然而，由于C=O键(750 kJ mol⁻¹)的高解离能，CO₂分子具有高度的稳定性，这导致CO₂光催化转化效率较低。因此，为了提高纯水体系中CO₂的光还原效率，需要设计具有高光生电荷分离效率和大量CO₂还原活性中心的高效光催化剂。

近日，新加坡南洋理工大学刘政、南京理工大学姜炜和中科院物理研究所陈海龙等提出了一种同步表面和界面双极化策略，利用Bi₂₄O₃₁Br₁₀原子层中的可以触发黑磷(BP)和Bi₂₄O₃₁Br₁₀之间的强耦合，通过电负性诱导电荷重新平衡形成具有重构界面的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀催化剂。

为了评估所制备的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀的催化活性，在没有添加光敏剂、有机溶剂或牺牲剂的情况下，在氙灯照射下进行了CO₂还原实验。实验结果表明，优化后的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀通过在水中催化CO₂光还原，CO生产速率达到39.8 μmol g⁻¹h⁻¹，分别是缺陷Bi₂₄O₃₁Br₁₀和贫缺陷Bi₂₄O₃₁Br₁₀的2.4倍和46.8倍。此外，空位有助于提高重构界面的周期稳定性：在四个循环后，BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀-0.5的光催化活性没有明显下降，并且其晶体结构在循环后也没有发生变化。

实验结果和理论计算表明，Bi₂₄O₃₁Br₁₀表面的Bi-O空位对和重构的BP/Bi₂₄O₃₁Br₁₀界面使得表面和界面双极化成为可能，这相当于从Bi₂₄O₃₁Br₁₀内部到BP表面形成了一个电子桥，导致内部光生电子能够快速迁移到表面。

此外，这种结构有利于降低CO₂的活化能，有效地稳定COOH*中间体，并且能够降低速率控制步骤能垒，促进了CO₂的光还原。综上，这项工作揭示了界面表面双极化与高效CO₂光还原之间的联系，并且也为双极化表面缺陷和重构界面的同步设计提供了指导。

Vacancy Pair-Induced Charge Rebalancing with Surface and Interfacial Dual Polarization for CO₂ Photoreduction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c04675