金属氧化物半导体中的双缺陷供体-受体配对机制在增强二氧化碳光还原性能中的应用

《Nano Letters》：Dual-Defect Donor–Acceptor Pairing in Metal Oxide Semiconductors for Enhanced CO2 Photoreduction

缺陷工程通过表面溴空位（VBr）与体相氧空位（VO）协同作用抑制电荷复合，提升BiOBr对CO2的还原效率。研究证实VBr增强CO2吸附并降低其LUMO能级，与VO诱导的缺陷态形成弱非绝热耦合的电子供体-受体对，实现长寿命电荷分离。该策略可扩展至过渡金属掺杂体系，为光催化缺陷工程提供新范式。

　　

缺陷工程已成为提高金属氧化物光催化活性的有效方法，然而氧空位（通常被认为是Shockley–Read–Hall电荷复合中心）的作用仍存在争议。以溴氧化铋（BiOBr）作为典型光催化剂，我们提出了一种双重缺陷策略，结合了表面Br（V_Br）和体相O（V_O）空位来抑制电荷复合并增强CO₂的还原。虽然单独存在V_O会导致显著的电荷损失，但V_Br可以改善CO₂的吸附，并降低其LUMO能级，从而有效地捕获来自V_O诱导的缺陷态的光激发电子，用于后续反应。CO₂的LUMO与价带最大值之间形成的施主-受主对由于弱非绝热耦合而促进了电荷的长寿命分离。该策略还扩展到了空位与过渡金属的掺杂，进一步降低了反应障碍，推动了缺陷工程原理的发展。这项研究为缺陷依赖的光催化反应提供了全面的理解，为光催化中的缺陷工程奠定了基础。