近日，我院青年教师李俊博士在光催化二氧化碳还原领域发表最新研究成果，相关研究成果以Van der Waals heterojunction for selective visible-light-driven photocatalytic CO₂ reduction为题发表在环境催化顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（影响因子：16.683）。郑州大学为该论文的第一单位。研究工作得到了中国博士后基金及郑州大学青年拔尖人才项目的资助。

    人工光合作用可以通过将温室气体CO₂转化为有价值的化学物质/燃料被认为是解决能源和环境危机的理想技术。由于较大的C=O键能（约750 kJ mol^-1），使得光催化CO₂的转化非常具有挑战性。CO₂光还原的触发步骤是其化学吸附和活化以及多电子转移。得益于质子偶联电子转移过程，光催化CO₂还原可以得到多种产物，包括CO，CH₃OH，CH₄等C1产物。动力学和热力学之间的竞争决定着CO₂光还原产物的选择性和效率。因此，设计具有高产物选择性的用于还原CO₂的高活性光催化系统仍然具有挑战性。

    迄今为止，已开发出各种策略来改善光催化CO₂还原反应的性能，包括开发原子级厚度的光催化剂、合成异质结构、构造表面缺陷等。在这些策略中，通过各种物理/化学相互作用制造异质结构，包括共价/离子/氢键和范德华力（VDW）/库仑力在内的光催化领域引起了广泛的研究兴趣。特别是二维/二维（2D/2D）VDW异质结构，由于其较大的界面接触面积，强的作用力和快速的界面电荷分离能力，在增强光催化CO₂还原性能方面显示了极大的应用潜力，但是离实用化还有很大的差距。因此，发展高效的光催化体系将CO₂高选择性地转化为高附加值产品，仍然是光催化领域的研究热点。

    基于此，研究者通过一种简便的方法成功地构建了一种新型的2D/2D CN/BOS VDW异质结，该化合物在不使用牺牲剂和助催化剂的条件下，在光催化CO₂还原方面表现出出色的性能。 超快光谱测试和光电化学测试表面，所得到的VDW异质结异质结可以有效地促进光激发电荷载流子的转移和分离。同时，密度泛函理论计算表明CO₂还原的中间物种CO*倾向于在BOS上加氢，而在CN表面上容易脱附形成CO。解释了为什么2D/2D CN/BOS VDW异质结光催化体系可以高效地将CO₂高选择性还原为CO的原因。得益于有益的电子界面相互作用，2D/2D 20CN / BOS VDW异质结的CO生成速率显着提高，分别是BOS和CN的14.9倍和1.4倍。该研究为设计高效2D/2D VDW异质结光催化剂用于可见光驱动的CO₂光催化还原提供了新的思路。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337320311504