双氧空位与I-/I0氧化还原对协同调控BiOBr/BiOF0.7I0.3 S型异质结高效光催化CO2还原

为解决光催化CO2还原效率低和机制不明的问题，研究人员通过水热法构建了富含双氧空位（OVs）的BiOBr/BiOF0.7I0.3 S型异质结。该催化剂通过碘掺杂优化能带结构，结合OVs增强CO2吸附及I-/I0氧化还原对的电子介导作用，使CO和CH4产率分别提升至199.2 μmol·g-1h-1和8.3 μmol·g-1h-1，为温室气体转化提供了新策略。

　　

全球能源危机与气候变暖的双重压力下，将温室气体CO₂转化为高附加值化学品被视为“碳中和”的关键路径。然而，传统光催化剂受限于电荷快速复合、可见光利用不足等瓶颈，效率远未达实际应用需求。在这一背景下，河北省创新能力提升计划项目支持的研究团队创新性地设计了一种双氧空位（Oxygen Vacancies, OVs）修饰的BiOBr/BiOF_0.7I_0.3 S型异质结，相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

研究团队采用水热合成法构建异质结，通过X射线衍射（XRD）、电子顺磁共振（EPR）等技术确认材料结构及OVs的存在，结合紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析光吸收特性，并利用原位红外光谱（in-situ FTIR）追踪CO₂转化中间体。理论计算揭示了碘掺杂对能带结构的调控机制。

Synthesis and structural characterization
XRD证实成功合成BiOBr/BiOF_0.7I_0.3异质结，EPR信号表明双OVs存在于BiOBr和BiOF_0.7I_0.3组分中。高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）显示清晰的二维/二维界面结构，为电荷转移提供通道。

Conclusions
该研究通过碘掺杂将BiOF能带位置负移0.3 eV，使其与BiOBr形成匹配的S型能带结构。双OVs作为CO₂吸附活化位点，表面碘离子（I^-）在光照下转化为碘原子（I⁰），通过可逆氧化还原循环介导电子转移，使电荷分离效率提升3.8倍。最终催化剂CO产率达199.2 μmol·g^-1h^-1，较纯BiOBr提高10倍，且连续循环5次活性无衰减。

这项研究的意义在于：首次在铋基异质结中实现OVs与卤素氧化还原对的协同调控，为设计高效光催化剂提供了“能带工程-缺陷调控-动态介导”三位一体的新范式。其提出的S型机制深化了对电荷分离路径的理解，而接近200 μmol·g^-1h^-1的CO产率使工业化应用成为可能。Shu'an Bai等的工作不仅推动了光催化基础理论发展，更为温室气体资源化提供了切实可行的技术方案。