催化技术革新：高选择性将二氧化碳转化为一氧化碳

来自 实验室仪器网

西安交通大学陈杰团队研发了一种新型可见光驱动（λ>420nm）Z型异质结光催化剂，用于光催化二氧化碳还原。该催化剂采用原位生长法合成，集成了零维Cs₃Bi₂I₉纳米颗粒和一维WO₃纳米棒。研究人员对该催化剂进行了广泛的测试和分析，以评估其性能和潜在机理。

由于全球能源需求日益增长以及环境问题日益凸显，开发可持续的能源转换和二氧化碳利用技术至关重要。光催化二氧化碳还原技术利用太阳能将二氧化碳转化为有价值的分子，是一种潜在的解决方案。然而，目前的光催化剂面临着诸如光吸收率低、电荷分离不良以及二氧化碳还原能量势垒高等挑战。

金属卤化物钙钛矿(ABX₃)因其优异的光吸收和电荷传输能力，在光催化领域展现出广阔的应用前景。然而，含铅钙钛矿存在毒性和不稳定性等问题，促使研究人员探索无铅替代品，例如铋(Bi)基材料。

在这些替代品中，无铅卤化物钙钛矿Cs₃Bi₂I₉因其优异的光电性能而备受关注，尽管其受到聚集和氧化能力不足的限制。

0D/1DCs₃Bi₂I₉/WO₃Z型异质结的光催化CO₂还原性能优异。重要结论包括：

增强的CO₂还原活性：该催化剂的CO选择性为98.7%，CO生成率为16.5μmol/(g·h)，大约是纯Cs₃Bi₂I₉(5.3μmol/(g·h))的三倍。

稳定性：经过三轮三小时的反应后，催化剂的性能保持稳定，没有观察到明显的结构改变。

电荷转移机制：根据原位XPS和ESR观察，在光照射下，电子通过Z型电荷转移路径从WO₃移动到Cs₃Bi₂I₉，这减少了复合并促进了有效的电荷分离。

光物理和光电化学特性：时间分辨光致发光研究、电化学阻抗谱和表面光伏光谱均证明了异质结的有效载流子分离和传输。

这项研究推进了用于光催化二氧化碳还原的有效异质结的设计。通过增强无铅卤化物钙钛矿的性能，0D/1DZ型异质结的成功开发为创建先进的光催化剂提供了一种有前景的策略。

该研究将形态工程与Z型异质结设计相结合，为更高效、更稳定的光催化材料铺平了道路，支持减少碳排放和开发可持续能源解决方案的举措。

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