Kang-Yu Hsiao, Fu-Yu Liu, Chiing-Chang Chen, and I-Chia Chen
ACS Catal. 2025, 15, 4, 3153–3161
國立清華大學 化學系 陳益佳教授
國立臺中教育大學 科學教育與應用學系 陳錦章講座教授
PbBiO2Br具良好的可見光吸收能力和結構穩定性是具潛力的半導體觸媒材料，在可見光驅動下可有效的還原二氧化碳。我們使用水熱法合成奈米片狀PbBiO2Br和在真空高溫下產生多氧空位的PbBiO2Br_OV為研究二氧化碳還原反應的觸媒，並使用原位拉曼光譜、掃描電子顯微鏡、粉末X光繞射和氣相層析儀等技術對催化劑進行晶體結構和反應產物的分析，並結合密度泛函理論計算觸媒的晶面結構、反應途徑的能量配置和吸附能。在光催化還原反應中，我們偵測到多個關鍵的中間產物之振動頻率，並指認為CH x 、OCCHO、OCCO、atopCO 、bridgeCO、OCO−和H*COH。本項研究提供了 H*COH 中間體形成的光譜證據，在我們的實驗條件下，與其他反應中間體 H*C*O 相比，更多的 H*COH 可能會累積在催化劑表面，因此被檢測到的可能性更高。經氣相層析鑑定出甲烷是主要產物產率為324 ppm，乙烯產率是27 ppm及少量C2H2/C2H6。拉曼光譜證實了C2 中間體，例如： OC*C*O 和 O*CCHO，透過 C−C 偶聯形成。我們發現具有氧空位的PbBiO2Br_OV表現出更快的還原速率。理論計算表明PbBiO2Br表面上的活性催化位點是氧原子與吸附物碳位點結合，從而更有利地生產碳氫化合物而非醇類。研究結果不僅深化了光催化二氧化碳還原機制的理解，有助於推動利用太陽能轉化二氧化碳為有用化學品的發展，進一步應對全球能源和環境挑戰。