将CO₂转化为烃类燃料被认为是理想的解决方案之一，既可以解决环境问题，又能满足能源消耗的高要求。铁电材料的催化性能研究已有70年的历史，铁电体极化产生的内部电场可使电子和空穴分开，从而提高了催化效率。同时，铁电极化会影响分子从材料表面的吸附和解吸。钨酸铋（Bi₂WO₆）是铋层状结构Aurivillius相中最简单的成员，具有良好的铁电和热电性能。此外，Bi₂WO₆的合适能带结构和表面性质使其能够将CO₂还原为可再生碳氢化合物燃料。

近日，苏州大学邹贵付教授，Jun Hu，西安邮电大学贾艳敏教授报道了在低于100 °C的温度范围内，Bi₂WO₆通过热电催化将CO₂还原为CH₃OH。

文章要点

1）研究人员采用水热法合成了Bi₂WO₆纳米板。SEM图像显示，Bi₂WO₆具有片状形貌，平均尺寸为250 nm。HRTEM图像显示，所合成的Bi₂WO₆纳米板具有单晶性质，晶格面间距为0.27 nm，分别对应于(002)/(200)面。

2）实验结果显示，层状钙钛矿型Bi₂WO₆纳米板可以通过温度变化获取热能，从而在15到70°C的温度范围内驱动热电催化CO₂还原为CH₃OH。同时，甲醇产率在经历20次温变循环后，最高可达55.0 μmol g^-1。

3）研究发现，当Bi2WO6的温度保持稳定时，内部自发极化与外部束缚电荷平衡。当温度的升高会降低热电催化剂的极化，从而打破平衡，产生自由电荷。自由负电荷与吸附的CO₂反应生成CH₃OH，而自由正电荷被Na₂SO₃捕获形成Na₂SO₄。结果，极化和键合电荷之间再次实现了平衡。而当温度降低时，极化将增强，平衡将再次被打破，从而导致相反的电荷转移和CO₂还原过程。然后催化剂温度回到其原始值，同时回到其原始平衡。因此，连续的热循环会引起连续的CO₂还原反应。

参考文献

Xiao, L., Xu, X., Jia, Y. et al. Pyroelectric nanoplates for reduction of CO2 to methanol driven by temperature-variation. Nat Commun 12, 318 (2021).

DOI：10.1038/s41467-020-20517-1

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20517-1