近日，我院李俊副教授研究小组在太阳能燃料合成领域取得新进展。相关成果以“Atomic-Scale Interface Engineering in Bi/Bi₂O₃ Heterojunctions for Selective CO2 Photoreduction to Methanol”为题发表在化学类顶尖期刊《Nature Communications》。论文第一作者为硕士研究生郭文娜，张阳阳博士为共同第一作者，通讯作者为郑州大学李俊副教授，郑州大学为唯一通讯作者单位。

光催化将CO₂转化为甲醇等太阳能燃料，是应对能源短缺与实现碳中和目标的重要途径。然而，该光催化反应在实际应用中面临三大核心挑战：光生载流子的快速复合、断裂稳定C=O键所需的高键解离能（约750 kJ·mol^-1）以及对牺牲剂的依赖性。当前研究主要聚焦于调控光催化剂的体相结构，因其从根本上决定了载流子分离行为，例如构建超薄结构、引入异质原子掺杂以及构筑异质结。其中，欧姆结因在材料界面处具有极低的接触电阻，能够在保留催化位点的同时实现无阻碍的电荷注入，展现出独特优势。然而，如何通过原子级精准调控欧姆界面，以同时强化体相电荷迁移与表面反应动力学，仍是当前的研究难点。

本研究提出了一种原子级工程策略，构建具有LSPR效应的Bi/Bi₂O₃欧姆结，用于高效实现CO₂至甲醇的转化。通过在纳米片上原位生长金属Bi纳米片，我们构建了费米能级对齐的界面结构，从而实现了电子从Bi₂O₃向Bi的无势垒迁移。结合X射线吸收光谱与密度泛函理论计算，我们阐明欧姆接触促使电子在Bi上累积，而极化的Bi^δ⁺位点通过强6p-2p轨道杂化稳定CO₂^-中间体（−ICOHP = 1.85 eV）。该作用使CO₂质子化能垒降低0.6 eV，并通过轨道杂化稳定*CHO中间体。该协同结构实现了610 μmol·g^-1的甲醇产率，超越了多数已报道的光催化体系。本工作为设计同时实现超快电荷传输与精准表面催化的欧姆界面提供了范式，突破了人工光合作用中长期存在的效率瓶颈。

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67718-0