光催化CO2反应为缓解能源危机和减少CO2排放提供了一种可持续的方法。人们目前已经开发了许多光催化剂，其中卤氧化铋由于其晶体可调性和光催化性能高度依赖于其组成结构而被认为是一个有前途的材料。然而，活性位点不足和电荷分离效率低限制了它们的进一步应用。卟啉基单原子层(PML)材料在光催化活性位点的靶向设计方面显示出巨大的应用前景。在催化剂表面引入PML有望使催化剂具有高密度的活性中心。
此外，许多研究实例已经证明，在材料之间构建局部极化场可以打破它们的电荷对称性，并促进光生电子-空穴对的有效空间分离。值得注意的是，类似于上述结构的构造通常依赖于表面缺陷的存在，并且极化区域通常是随机的。应变工程可以通过拉伸应变引起材料的表面弯曲变形，从而导致表面原子逃逸能的增加。大量表面空位的产生导致表面晶格失配，从而在外表面形成不饱和位点，为材料的进一步负载和整体定向极化提供了可能。近日，江苏大学夏杰祥、浙江工业大学佘远斌、国防科技大学戴佳钰和南京理工大学狄俊等采用应变诱导策略在铜卟啉基单原子层(PML-Cu)和Bi12O17Br2(BOB)中构建Bi-O键界面，触发PML-Cu/BOB (PBOB)表面界面的双极化。实验结果表明，PBOB中的化学键界面实现了BOB与PML-Cu之间的紧密界面接触，从而实现了高效的电子转移。接触后，BOB导带中的电子自发扩散到PML-Cu中，在界面两侧形成电子耗尽层和电子积累层。受界面间内置电场的影响，形成了类似于逆异质结的结构。在光照射下，主体材料BOB的CB中的高浓度电子向PML-Cu迁移，界面中存在的势垒可以抑制反向电子迁移，导致PML-Cu中光生电子的富集。通常情况下，Br原子和O原子对BOB的价带(VB)贡献较大，而卤素层在空间上相对独立于PML-Cu，导致大部分光生空穴仍然保留在BOB的VB中，因此PBOB可以为CO2还原提供更多的光生电子。此外，PML-Cu的表面极化进一步促进了电子在Cu原子中的汇聚。PML-Cu的引入导致在PBOB表面形成高密度的分散Cu活性中心，显著促进了CO2的吸附和活化以及CO的脱附。因此，PBOB的CO2光还原转化率可达584.3 μmol g-1，比BOB和PML-Cu分别提高了7.83倍和20.01倍。综上，该项工作展示了杂化材料的多步极化和高浓度活性位点构建的巨大应用潜力，为催化剂的多步极化调控和活性中心设计提供了有效的指导。Strain-induced surface interface dual polarization constructs PML-Cu/Bi12O17Br2 high-density active sites for CO2 photoreduction. Nano-Micro Letters, 2024. DOI: 10.1007/s40820-023-01309-w
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