原位观测Bi-Bi2WO6表面化学态演变促进光催化CO2还原

太阳能驱动的光催化CO₂还原是生产高附加值燃料和化学品的有效策略之一, 然而该过程中电荷迁移动力学行为及其表面化学态动态演变过程却鲜有报道. 我们采用改进溶剂热法制备得到Bi-Bi₂WO₆光催化剂, 在可见光辐照下, 其CO₂还原至CO活性(152.7 μmol·g^-1·h^-1)相比于原始Bi₂WO₆ (13.0 μmol·g^-1·h^-1)提升了11.7倍. 随后, 我们利用自主研发原位X射线光电子能谱系统探究了Bi-Bi₂WO₆在CO₂光还原过程中的光生电荷转移及其表面化学态变化. 研究表明: CO₂分子吸附于金属Bi位并从其上获取电子, 形成高价态Bi^(3+x)+物种, 而供电子的H₂O分子则吸附于Bi₂WO₆表面W位点, 导致W^(6-x)+物种出现. 在辐照条件下, 吸附于金属Bi活性位的CO₂分子发生质子化作用析出CO, H₂O分子则在W位点发生解离生成OH^-和H⁺, 为CO₂还原提供质子源. 该工作为Bi₂WO₆基催化剂高效光催化CO₂还原研究提供了重要的研究依据及思路.