湘潭大学ACB：石墨烯量子点改性氧空位Bi2WO6，光催化CO2还原！

第一作者：熊绍锋
通讯作者：刘平乐、熊绍锋
通讯单位：湘潭大学
DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121026

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由太阳能驱动的CO₂还原转化为可持续的碳氢燃料，是缓解能源危机和全球变暖的一个极具前景的策略。近年来，科研人员一直致力于开发高效的可见光驱动催化剂，目前已有100多种类型的光催化剂用于CO₂转化。然而，大多数的光催化剂在可见光下仅表现出有限的催化活性。较弱的光收集能力和低电子空穴分离效率，仍然是高效光催化剂设计中有待解决的重要问题。

图1.GQDs, GQDs/BWO和GQDs/BWO_6-x的制备流程示意图及微观结构表征。

文章要点1：在本文中，作者开发设计出一种由表面氧空位(Vo)和石墨烯量子点(GQDs)共修饰的Bi₂WO₆催化剂(GQDs/BWO_6-x)；其光催化CO₂还原为CO的转化率为43.9 μmol g^-1 h^-1，是纯Bi₂WO₆ (BWO)的1.7倍。

文章要点2：研究发现，GQDs/BWO_6-x上的光生电子具有比BWO (2.7 ns)更长的平均荧光寿命(3.3 ns)，这意味着GQDs/BWO_6-x可表现出更高的电子-空穴分离效率。

文章要点3：密度泛函理论(DFT)计算表明，GQDs/BWO_6-x中的电子从Vo远程原子流向Vo相邻原子，而不是局限在GQDs分子中；能垒计算结果表明*COOH可以很容易地转化为*CO，为限速步骤(GQDs/BWO_6-x为0.16 eV，BWO为1.12 eV)。

图2. GQDs, GQDs/BWO和GQDs/BWO_6-x的XRD和光谱学表征。

图3. GQDs, GQDs/BWO和GQDs/BWO_6-x的光电特性与能带结构。

图4. 光催化CO₂还原性能。

图5. 原位表征及能级与态密度计算。

图6. 反应自由能计算与光催化机制分析。

参考文献

Shaofeng Xiong, Shundong Bao, Weian Wang, Jian Hao, Yu Mao, Pingle Liu, Yanping Huang, Zhengkang Duan, Yang Lv, Donghong Ouyang. Surface oxygen vacancy and graphene quantum dots co-modified Bi₂WO₆ toward highly efficient photocatalytic reduction of CO₂. Appl. Catal. B Environ. 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121026.