利用太陽能將CO₂光還原轉化為化學品被認為是緩解能源危機和溫室效應的有效方法。然而，由于C=O鍵(750 kJ mol^?1)的高解離能，CO₂分子具有高度的穩定性，這導致CO₂光催化轉化效率較低。因此，為了提高純水體系中CO₂的光還原效率，需要設計具有高光生電荷分離效率和大量CO₂還原活性中心的高效光催化劑。

近日，新加坡南洋理工大學劉政、南京理工大學姜煒和中科院物理研究所陳海龍等提出了一種同步表面和界面雙極化策略，利用Bi₂₄O₃₁Br₁₀原子層中的可以觸發黑磷(BP)和Bi₂₄O₃₁Br₁₀之間的強耦合，通過電負性誘導電荷重新平衡形成具有重構界面的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀催化劑。

為了評估所制備的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀的催化活性，在沒有添加光敏劑、有機溶劑或犧牲劑的情況下，在氙燈照射下進行了CO₂還原實驗。實驗結果表明，優化后的BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀通過在水中催化CO₂光還原，CO生產速率達到39.8 μmol g^?1h^?1，分別是缺陷Bi₂₄O₃₁Br₁₀和貧缺陷Bi₂₄O₃₁Br₁₀的2.4倍和46.8倍。此外，空位有助于提高重構界面的周期穩定性：在四個循環后，BP-Bi₂₄O₃₁Br₁₀-0.5的光催化活性沒有明顯下降，并且其晶體結構在循環后也沒有發生變化。

實驗結果和理論計算表明，Bi₂₄O₃₁Br₁₀表面的Bi-O空位對和重構的BP/Bi₂₄O₃₁Br₁₀界面使得表面和界面雙極化成為可能，這相當于從Bi₂₄O₃₁Br₁₀內部到BP表面形成了一個電子橋，導致內部光生電子能夠快速遷移到表面。

此外，這種結構有利于降低CO₂的活化能，有效地穩定COOH*中間體，并且能夠降低速率控制步驟能壘，促進了CO₂的光還原。綜上，這項工作揭示了界面表面雙極化與高效CO₂光還原之間的聯系，并且也為雙極化表面缺陷和重構界面的同步設計提供了指導。

Vacancy Pair-Induced Charge Rebalancing with Surface and Interfacial Dual Polarization for CO₂ Photoreduction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c04675