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太陽能驅(qū)動的光催化CO₂還原(CO₂RR)是將CO₂轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品和燃料的重要途徑。然而，低效的光生電荷分離和復(fù)雜的多電子轉(zhuǎn)移過程嚴重限制了光催化CO₂RR的效率。

中國地質(zhì)大學(xué)張以河、黃洪偉和斯威本科技大學(xué)馬天翼等利用Bi₃TiNbO₉納米薄片作為光催化劑，研究了鐵電極化和表面氧空位(OVs)濃度對CO₂RR的影響。

作者在NaOH作為礦化劑的幫助下，通過一鍋水熱法合成了Bi₃TiNbO₉納米薄片，并利用電暈極化來增強其鐵電極化，以促進Bi₃TiNbO₉納米薄片中的光生電荷分離。另外，還引入了表面氧空位，增強催化劑的光吸收，并促進CO₂分子在催化劑表面的吸附和活化。

同時，OVs被證明對極化誘導(dǎo)的電場顯示出壓印效應(yīng)，使Bi₃TiNbO₉納米薄片能夠保持優(yōu)異的鐵電極化，以協(xié)同提高光生電荷分離效率。

Bi₃TiNbO₉具有顯著提高的光催化CO₂RR性能，CO產(chǎn)率為20.91 μmol g^-1 h^-1，優(yōu)于之前報道的大多數(shù)鉍基光催化劑。

實驗和理論結(jié)果表明，電暈極化和OVs擴大了Bi₃TiNbO₉光響應(yīng)范圍、提高了電荷分離效率和表面活性中心。鐵電極化和OVs協(xié)同促進了光催化CO₂RR。

Synergy of ferroelectric polarization and oxygen vacancy to promote CO₂ photoreduction. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24882-3

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張以河/黃洪偉/馬天翼Nature子刊：鐵電極化和氧空位協(xié)同促進光催化CO2RR