毕迎普课题组Angew: 光催化CO₂还原过程中BiOIO₃结构及价键动态变化研究

光催化CO₂还原是解决当今能源危机及环境污染最理想的技术途径之一。其中，铋系层状化合物由于具有开放性层状晶胞结构、合适的导价带位置及环境友好等特性，在光催化CO₂还原研究领域受到了广泛关注。然而，目前对于光催化CO₂还原过程中铋系层状化合物晶体结构及表面化学价键动态变化研究尚未见报道。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所毕迎普研究员课题组，以典型层状BiOIO₃作为模型半导体材料，通过原位选择性光沉积策略成功构建出PtO_x-BiOIO₃光催化剂，再利用原位X射线衍射技术与准原位X射线光电子能谱技术相结合的方法，揭示光催化CO₂还原过程中PtO_x-BiOIO₃的原子间光生电荷迁移、表面价键、界面化学价态以及晶体结构动态变化与光催化活性间的内在联系与微观作用机制。

相关研究结果表明：PtOx纳米层选择性沉积于BiOIO₃(010)晶面能够有效促进光生空穴转移，使光生电子富集于(100)表面的Bi活性位并与CO₂分子发生吸附及活化作用，导致高氧化态Bi物种形成及BiOIO₃晶体结构的收缩。光激发时，吸附的^*CO₂与质子耦合形成*COOH中间产物，进一步与质子和电子结合形成^*CO中间体，最终脱附产生CO分子，同时伴随着BiOIO₃晶体结构的膨胀。由于PtO_x-BiOIO₃具有显著的晶体结构和化学价键动态变化过程，从而实现光催化活性的大幅度提高，其CO₂还原活性为195.0 μmol·g^-1·h^-1，远高于BiOIO₃(61.9 μmol·g^-1·h^-1)和Pt-BiOIO₃(70.3 μmol·g^-1·h^-1)。

该研究工作有助于深入理解认识CO₂还原过程中光催化剂晶体结构及化学价键动态变化机制，为开发高效稳定光催化材料及反应体系提供实验依据及新策略。

Unveiling Dynamic Structure and Bond Evolutions in BiOIO₃ Photocatalysts during CO₂ Reduction, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202407736

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