等离子体与双空位协同作用：Bi-BiOBr@CNF光催化CO2还原的再生机制与策略研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Synergistic Mechanism and Regeneration Strategy of Bi-BiOBr@CNF for Photocatalytic CO 2 Reduction

本研究设计了一种集成金属Bi（等离子体激发）、氧/溴双空位（OV/BrV）和纤维素纳米纤维（CNF）的复合光催化剂，通过光电协同机制实现可见光下CO2到CO的高选择性转化，并开发中温再生策略解决催化剂失活问题，为碳循环技术提供新思路。

　　

Microstructure and Morphology Analysis

扫描电子显微镜（SEM）图像和能谱分析（EDS）元素 mapping 显示（图1），Bi-BiOBr催化剂呈现均匀的球形貌，由明确的花状纳米片组装而成。这种三维分层结构提供了大比表面积，增强了光捕获能力和反应位点暴露。当与纤维素纳米纤维（CNF）复合后，Bi-BiOBr纳米片均匀锚定在CNF形成的互联导电网络上，这种结构不仅防止了纳米片团聚，还建立了高速电子传输通道。元素分布分析证实Bi、Br、O元素在复合材料中均匀分布，且CNF的碳骨架成功整合到催化体系中。

Conclusions

本研究系统探讨了Bi-BiOBr@CNF催化体系在CO₂还原过程中的再生机制。重点关注氧空位（O_V）和溴空位（Br_V）的再生行为，以及金属铋（Bi⁰）与纤维素纳米纤维（CNF）在光催化中的协同效应。研究发现随着光催化反应进行，催化剂中的溴空位和氧空位逐渐被填充或钝化，导致活性下降。通过中温热处理（300–400°C）可有效恢复空位浓度和催化活性，证实了该再生策略的可行性。该工作为设计长效、可再生的CO₂光还原系统提供了理论依据和技术路径。

CRediT authorship contribution statement

王文磊（Wenlei Wang）：资金获取，概念设计

王闻来（Wang Wenlai）：文稿审阅与方法论证，资金支持

张文清（Wenqing Zhang）：实验调研

王苑岚（Yuanlan Wang）：资源与数据分析

陈俊荣（Junrong Chen）：调研与数据整理

刘子嫣（Ziyan Liu）：原稿撰写与数据整理

王静（Jing Wang）：文稿审阅与方法设计，概念形成

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何可能影响本研究成果的已知竞争性财务利益或个人关系

Acknowledgements

感谢国家自然科学基金（编号32494794和41977129）、省部共建木竹资源高效利用协同创新中心、湖南湖湘青年英才计划（2020RC3044）、长沙市杰出创新青年培养计划（kq1802011）、湖南省自然科学基金（2020JJ4136）及2024年“克明食品”研究生研究基金的资助。