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周小元/甘立勇/余丹梅Nano Energy：小平面工程促進CO2光還原的空間電荷分離

通過光催化合成將CO₂轉(zhuǎn)化為燃料似乎是緩解當前能源危機的一種很有前景的方法。但如今從微觀層面了解光生電荷分離仍然是一個挑戰(zhàn)，因為它為設計高性能光催化劑提供了基石。

基于此，重慶大學周小元、甘立勇和余丹梅等通過小平面工程揭示了光生電荷分離/轉(zhuǎn)移與晶體結(jié)構之間的關系。

通過在水熱過程中調(diào)節(jié)pH值，構建了一系列具有(001)或(010)主要暴露面以及不同側(cè)面暴露率的BiOBr納米片。發(fā)現(xiàn)各向異性晶面的暴露允許光生電子和空穴分別轉(zhuǎn)移到側(cè)面和主要暴露的小面上，這歸因于不同小面之間形成的結(jié)(即小面結(jié))。

在具有(010)/(102)面結(jié)的BiOBr-5中，電子轉(zhuǎn)移速率(k_ET)和效率(η_ET)分別為3.658×106 s^-1和54.09%，優(yōu)于具有(001)/(110)面結(jié)的BiOBr-1。BiOBr-5的電子轉(zhuǎn)移速度快、轉(zhuǎn)移效率高，使得在人工日光下CO₂光還原具有高CO釋放速率。

這種增強是由小面結(jié)而不是主要暴露的小面引起的，從而改善了光生載流子分離。小面結(jié)保證了小面結(jié)兩側(cè)發(fā)生空間電荷分離，并允許氧化和還原反應獨立發(fā)生。這項工作為通過暴露小平面的協(xié)同工程來控制電荷傳輸行為鋪平了道路。

Facet Junction of BiOBr Nanosheets Boosting Spatial Charge Separation for CO₂ Photoreduction. Nano Energy, 2021. DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106671

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