厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院吕苗、陈辛夷课题组与南京理工大学相关课题组合作，在光还原二氧化碳电子过程形成的物理机制研究中取得重要进展。相关研究成果以“Electronegative diversity induced localized built-in electric field in a single phased MoS_xSe_yN_z for selectivity-enhanced visible photocatalytic CO₂ reduction”为题发表于环境催化领域国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental  （IF=24.319）。

光还原二氧化碳形成液相有机小分子，同时实现太阳能转化利用和以化学储能方式回收碳资源，是“碳中和”领域前沿课题。但是，光生载流子强烈复合大大抑制了还原二氧化碳的效率，目前较为流行的方式是通过异质结实现光生载流子高效分离。此前，课题组利用TiO₂优良光电特性和多元过渡金属双硫族化合物的可调带边，通过TiO₂/MoS_xSe_y异质结实现产物连续可调且选择性高的C₁及C₂₊有机液相产物，其中二氧化碳还原为乙醇产率领先同行（ACS Photonics 2020, 7, 3394−3400）。但是，异质结能级适配度与非平衡载流子也可能引发副反应降低产物选择性。

陈辛夷副教授针对过渡金属双硫族化合物单一材料，主导设计四元过渡金属双硫族化合物MoS_xSe_yN_z，利用材料中硫族元素与非硫族元素电负性差异，获得局域增强的偶极矩形成内禀内建电场，诱导光生载流子实现有效的局部定向分离，将光还原二氧化碳获得甲醇的产率提升了近3倍。同时，研究还表明引入非硫族元素获得的四元结构能够增强二氧化碳分子在材料表面的吸附性，提升中间产物稳定性并降低中间反应能垒，为多电子参与、多步中间反应的光还原二氧化碳过程提供了整体优化的能带结构及电子路径。

光生载流子强复合往往造成单一相光触媒只能获得低产率的简单产物，也是光伏、光电探测等领域的常见负面因素，本工作设计单一材料内禀的局域化内建电场，为有效分离光生载流子，精确控制材料内部电子路径提供了新的思路。

该工作在陈辛夷副教授、吕苗教授和南京理工大学李爽副教授共同指导下完成，萨本栋微米纳米科学技术研究院2019级博士研究生龙登和南京理工大学博士研究生刘佳为共同第一作者，厦门大学作为第一通讯单位。微纳研究院2021级硕士研究生陈虹宇、曾毅波高级工程师在研究过程中给予重要帮助。该工作得到福建省工业引导性(重点)项目和国家自然科学基金的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122625

（萨本栋微米纳米科学技术研究院供稿）