太阳光驱动CO₂与水反应生成高附加值化学品和燃料如一氧化碳、甲烷、甲醇等被认为是解决当前能源危机和环境问题的一条极具前景的途径。但是目前CO₂转化效率仍然较低，设计开发高性能的光催化剂是实现CO₂高效转化的关键。针对CO₂还原光催化剂的设计，提高光生电荷分离效率和CO₂吸附能力是需要考虑的重要因素。

近日，郭新闻教授团队在国际期刊Chemical Engineering Journal上发表了题为“In-situ construction of BiOBr/Bi₂WO₆ S-scheme heterojunction nanoflowers for highly efficient CO₂ photoreduction: regulation of morphology and surface oxygen vacancy”的论文。作者利用一步水热法原位构筑了具有紧密界面接触的S型BiOBr/Bi₂WO₆异质结光催化剂，通过精心调控合成条件获得了独特的纳米花形貌，进一步将材料在氮气氛围下煅烧处理引入了表面氧空位。在无任何牺牲剂和助催化剂的条件下，该异质结材料展示出优异的光催化还原CO₂性能，产物CO的产生速率达到55.17 μmol g⁻¹ h⁻¹，高于大多数已报道的光催化剂。

论文通过XPS、EPR、原位红外等多种表征手段并结合密度泛函理论计算，对光催化剂的结构―性能关系和光催化机理进行了深入的研究。S型异质结的构建在保持半导体高氧化还原能力的同时，极大地促进了光生电荷的分离和传递效率；纳米花形貌因具有较大的比表面积，大幅提升了光催化剂对CO₂的吸附能力；表面氧空位的引入进一步提升了电荷分离效率和对CO₂的捕获能力。基于以上原因，更多的CO₂分子和光生电子参与到CO₂与H₂O的表面反应中，使得光还原CO₂性能得以显著提升。该工作为高性能异质结光催化剂的设计和构建提供了新思路，也为基于形貌和缺陷工程的光催化性能优化提供了重要参考。

论文的第一作者为9001诚信金沙博士生吴笳鸣，通讯作者为9001诚信金沙李克艳副教授和郭新闻教授，该研究得到辽宁省自然科学基金、兴辽英才计划、中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139493