研究背景：低浓度 CO₂（如工业尾气或大气中的 CO₂）的高效转化是实现碳中和的关键挑战。二氧化铈（CeO₂）因其独特的氧化还原性能成为理想光催化剂，但其催化活性依赖于高浓度且稳定的 Ce³⁺位点，而传统方法难以维持 Ce³⁺的稳定性。非晶态材料的结构灵活性为解决这一问题提供了新思路。
研究方法：硼掺杂诱导非晶化策略：通过硼（B）掺杂破坏 CeO₂的高对称 Fm3m 结构，形成平面三角形 B-O₃单元和三配位氧（OⅢ），诱导 CeO₂从晶态转变为非晶态，促进 Ce⁴⁺还原为 Ce³⁺。
材料制备：采用湿化学法，以氧化石墨烯（GO）为载体，硼氢化钠（NaBH₄）为掺杂剂和沉淀剂，合成硼掺杂非晶态 CeO₂/GO 纳米片（B-doped CeO₂/GO）。表征与性能测试：结合理论计算（第一性原理）、红外光谱（FTIR）、X 射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段，分析材料结构与电子性质；通过光催化实验测试 CO₂还原性能。
全文逻辑：本文首先通过理论预测了B的引入会提高氧化铈中Ce3+的含量，然后通过硼氢化钠（NaBH₄）为掺杂剂和沉淀剂合成出了这种材料，利用FTIR证明了BO33-结构的存在，TEM及TEM-EDS，SAED等测试证明了所合成的氧化铈呈非晶相，表面无Na+残留，同时Ce、B、C、O元素的均匀分布，利用AFM证明了氧化石墨烯表面覆盖了一层光滑均匀的非晶CeO2，厚度约为5.3 nm
表征分析—结构与电子性质：硼掺杂引入额外电子，促进 Ce³⁺形成，7.5% 硼掺杂时 Ce³⁺比例高达85.7%，显著高于晶态 CeO₂（仅 25%）。非晶结构通过破坏长程对称性，形成大量氧空位和活性位点，降低带隙（从 2.86 eV 降至 2.42 eV），增强可见光吸收和电荷分离效率。
催化性能—在 15% CO₂浓度下，CO 转化率达249.33 μmol g⁻¹ h⁻¹，选择性 100%；即使在 1% CO₂浓度下，转化率仍高达103.4 μmol g⁻¹ h⁻¹，选择性保持 100%，远超多数报道的催化剂。这源于非晶结构通过延长载流子寿命、抑制电子 - 空穴复合，提升光催化反应动力学。
机理分析：硼掺杂诱导的非晶化稳定了高浓度 Ce³⁺，其表面丰富的氧空位增强 CO₂吸附与活化。非晶态的无序结构产生内建电场，促进电荷分离，同时带隙调节扩大光吸收范围。本文揭示硼掺杂通过结构对称性破坏诱导非晶化的机制，为调控 CeO₂电子结构提供新策略，突破传统晶态材料中 Ce³⁺稳定性的限制。
为什么理论上B元素的掺杂会提高氧化铈中Ce3+含量，且诱使氧化铈发生非晶化转变
硼（B）元素掺杂提高氧化铈中Ce3+含量的核心原因在于 B 原子的价态特性、电子引入机制及结构对称性破坏：
一、价态差异与电荷补偿原理
氧化铈中铈元素以Ce4+形式存在（4f⁰电子构型），当硼元素掺杂时B3+形式取代Ce4+位点。B³⁺取代 Ce⁴⁺时，每个 B 原子比 Ce 少一个正电荷，相当于引入一个额外电子。晶格中出现电荷不平衡（净电荷减少 + 1），需通过引入额外电子补偿，使整体电中性得以维持。这个额外电子会被 Ce⁴⁺捕获，使其还原为 Ce³⁺。第一性原理的理论计算也支持该结论
二、结构对称性破坏与 Ce³⁺稳定化
配位结构的改变：B³⁺倾向于形成平面三角形BO3单元（三配位），破坏了CeO2原有的四配位氧结构，诱导形成三配位氧。三配位氧与Ce3+的配位作用更强（共价键成分更高），能有效抑制Ce3+的再氧化（相比晶态中四配位氧对Ce3+的稳定性）。
非晶化的稳定效应：B 掺杂引发的结构无序化（非晶化）为Ce3+提供了局域化的低对称环境，避免了晶态中高Ce3+导致的相转变（如CeO2 to Ce2O3）。非晶态的长程无序性 “锁定” 了三配位氧和Ce3+的配位结构，使其在热力学上更稳定
氧空位的协同效应：B元素的掺杂也可能促进了氧空位的形成，氧空位作为电子陷阱，进一步促进电子在Ce3+和空位之间的转移，形成 “B 掺杂→电子引入→Ce 还原→氧空位生成→Ce³⁺稳定” 的正向循环。
总结：理论上 B 掺杂提高 Ce³⁺含量的核心逻辑，价态差异驱动电子转移：B³⁺（+3）取代 Ce⁴⁺（+4）产生电荷不平衡，迫使额外电子引入，还原 Ce⁴⁺为 Ce³⁺。配位结构与非晶化稳定：三配位 B-O₃单元破坏晶格对称性，形成非晶态，稳定高浓度 Ce³⁺避免相转变。电子 - 结构协同效应：额外电子不仅还原 Ce，还促进氧空位生成，形成良性循环，进一步提升 Ce³⁺比例。
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