氮掺杂显著提升BiOBr光催化还原CO₂性能研究

摘要

光催化还原二氧化碳（CO₂）是一种有望解决全球能源与环境问题的方法。寻找在CO₂转化方面具有高活性和高选择性的催化剂受到了广泛关注。本研究采用简单的水热法合成了超薄氮掺杂的BiOBr纳米片。系统的实验结果表明,氮掺杂降低了BiOBr纳米片的厚度并增加了其比表面积。此外,光生载流子迁移效率和CO₂吸附能力显著增强,从而提高了光催化还原CO₂性能。实验结果表明,2N-BiOBr具有最佳的催化性能,反应在水中进行时,CO的生成速率为18.28μmol·g^-1·h^-1,是纯BiOBr的三倍,且CO选择性接近100%。利用原位FTIR和DFT模拟研究了潜在的光催化机制。机理研究表明,氮原子取代氧原子作为吸附中心时,相比于O—H,BiOBr对CO₂的吸附选择性显著增强,并促进了关键反应中间体的形成。本研究为高效光催化材料的制备与开发提供了新的视角,并为光催化技术在能源与环境科学中的应用提供了理论支持。

关键词

N掺杂 / CO₂吸附 / 超薄BiOBr / 光催化剂 / CO₂还原