太阳能驱动的光催化CO₂还原（CO₂RR）为增值化学品和燃料成为CO₂转化的重要途径。然而，低效的电子-空穴分离和复杂的多电子转移过程严重限制了光催化CO₂RR的效率。尽管，人们已经报道了通过使用助催化剂来增加电荷分离、表面修饰策略以丰富反应位点以及形成异质结结构或小面结以增强各向异性光生电荷迁移等诸多手段改善光催化CO₂RR性能。然而，CO₂的转化效率仍然较低，不足以用于潜在的工业应用。

近日，中国地质大学（北京）张以河教授，黄洪伟教授，澳大利亚斯威本科技大学马天翼教授报道了利用Bi₃TiNbO₉纳米薄片作为概念验证材料，详细研究了铁电极化和表面氧空位（OVs）浓度的影响，其原理有望推广到另一种材料体系。

文章要点

1）研究人员制备了铁电Bi₃TiNbO₉纳米薄片，并利用电晕极化来增强其铁电极化，以促进Bi₃TiNbO₉纳米薄片中的体电荷分离。此外，还引入了表面氧空位，以扩大合成材料的光吸收，并促进CO₂分子在催化剂表面的吸附和活化。同时，OVs对铁电畴起钉扎作用，使Bi₃TiNbO₉纳米薄片能够保持优异的铁电极化，从而解决了上述光催化CO₂RR面临的关键挑战。

2）实验结果显示，经优化处理的Bi₃TiNbO₉具有显著提高的光催化CO₂RR性能，CO产率为20.91 μmol·g^-1 h^-1，优于纯Bi₃TiNbO₉纳米片和单一处理的光催化CO生成速率。

3）实验和理论结果表明，电晕极化和OVs扩大了Bi₃TiNbO₉光响应范围、提高了电荷分离效率和表面活性中心。系统分析表明，铁电极化和OVs协同促进了光催化CO₂RR。

这项工作强调了铁电性和可控表面缺陷工程的重要性，并突出了调节体和表面性质在提高光催化CO₂RR性能中的关键作用。

参考文献

Yu, H., Chen, F., Li, X. et al. Synergy of ferroelectric polarization and oxygen vacancy to promote CO₂ photoreduction. Nat Commun 12, 4594 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24882-3

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24882-3