博文
河北科技大学李发堂教授课题组：表面氧空位型铝酸铋基异质结一步合成及其光催化还原CO2
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背景介绍
由于化石燃料的大量消耗带来的能源短缺，以及在其利用过程中产生的大量CO2导致全球气候变暖，是当今人类社会所面临的两大难题。因此，对主要温室气体二氧化碳的转化研究已经刻不容缓。目前大量的研究是通过热化学、生物、电化学或光催化等方法，将CO2人工转化为燃料或有用的化学物质上。通过模拟人工光合作用光催化转化CO2，可以同时缓解环境问题和能源问题。然而，目前CO2还原反应仍存在光催化转化效率低的问题，因此，高效光催化剂的设计尤为重要。
研究进展
光催化剂的缺陷和电荷转移效率是影响其光催化还原CO2性能的重要因素。本研究通过一步溶液自燃烧的方法合成出Bi2Al4O9/β-Bi2O3异质结的同时引入氧空位。在溶液燃烧合成过程中，当燃烧环境中的氧气压力足够低时，催化剂会释放晶格中的氧原子，在原始晶格位置留下氧空位。异质结的形成能够很好地稳定氧空位，0.14Bi2Al4O9/β-Bi2O3异质结光催化剂经过600 ℃的焙烧，氧空位吸附CO2的能力仍比单组分Bi2Al4O9或β-Bi2O3光催化剂强。氧缺陷的产生能够更好地吸附和活化CO2，异质结的形成能够有效的分离光生电子和空穴。通过HRTEM、UV-Vis DRS和ESR测试表征证实存在氧空位。另外，通过光电流响应和表面光电压谱（SPV）表明，Bi2Al4O9/β-Bi2O3异质结提高了光生电子和空穴的分离效率。通过光催化还原CO2反应发现0.14 Bi2Al4O9/β-Bi2O3异质结显示出最高的光催化还原能力。CO2的光还原活性提高可归因于异质结对光生载流子的分离以及氧空位对CO2吸附和活化的协同作用。
图1. （a）异质结的表面氧空位耦合增强效应及（b）对CO2吸附增强作用
本文亮点
利用溶液燃烧法一步合成了Bi2Al4O9及Bi2Al4O9/β-Bi2O3异质结光催化剂，率先提出了Bi2Al4O9的光催化作用及其能带位置，丰富了铋系光催化材料种类。
通过构建还原气氛设计合成了具有表面氧空位的催化剂，还原气氛使得催化剂表面氧原子逸出，留下氧空位。并且发现氧空位存在耦合效应，即Bi2Al4O9/β-Bi2O3复合材料的氧空位浓度较单组份的Bi2Al4O9或β-Bi2O3浓度高。
表面氧空位有利于CO2的吸附与活化，异质结提升了光生载流子分离效率，二者协同作用提升了CO2还原效率。
文章信息
文章以“One-step synthesis of defected Bi2Al4O9/β-Bi2O3 heterojunctions for photocatalytic reduction of CO2 into CO”为题，在Green Energy & Environment 发表，通讯作者为河北科技大学李发堂教授。
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https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.04.014
通讯作者简介
李发堂
李发堂，河北科技大学教授，博士，燕山大学博士生导师，兼任中国感光学会光催化专业委员会委员、中国化工学会离子液体专业委员会委员。主要从事纳米材料、离子液体、光催化等方面的研究。入选国务院政府特殊津贴专家、河北省省管优秀专家、教育部新世纪优秀人才等，获河北省杰出青年科学基金项目资助。作为通讯/第一作者在Angew. Chem. Int. Ed., J. Mater. Chem. A, Green Chem., Appl. Catal. B等期刊等发表SCI论文60余篇，1篇论文入选中国百篇最具影响国际学术论文，8篇论文入选当期ESI 1%高被引论文，他引3200余次，h因子28；获河北省自然科学一等奖1项。
撰稿：原文作者
编辑：GEE编辑部
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