经过氮空位改性的Fe3O4材料，能够高效利用可见光驱动CO2光还原反应，生成合成气

《Science China-Materials》：Nitrogen vacancy-modified Fe3O4 for efficient visible-light-driven CO2 photoreduction to syngas

提出溶剂诱导缺陷工程策略制备氮空位修饰Fe3O4催化剂，其在可见光下（≥420 nm）表现出显著提升的光催化性能，CO和H2产量比接近1:1，总产率达43.55 mmol g?1 h?1，较原始Fe3O4提升805.2倍，并超越现有报道最佳系统。EPR和XPS证实氮空位调控电子结构，抑制电荷复合，促进电荷传输；FTIR显示*COOH和*CO为关键中间体。

　　

摘要

将二氧化碳（CO₂）光催化还原为合成气（CO和H₂的混合物）是实现工业费托合成（Fischer-Tropsch Synthesis, FTS）和碳中和的关键方法。然而，由于光生载流子快速复合的严重限制，高效生产合成气仍然是一个重大挑战。本文提出了一种溶剂诱导的缺陷工程策略，用于制备氮空位（N_v）改性的Fe₃O₄催化剂（Fe₃O₄-N_v-12h）。在可见光照射下（γ ? 420 nm），Fe₃O₄-N_v-12h表现出优异的光催化性能，总合成气产率达到43.55 mmol g^?1 h^?1，且CO/H₂比例接近1:1。这一产率比原始Fe₃O₄高出805.2倍，并超过了目前报道的在该比例下运行的最先进光催化CO₂至合成气系统的性能。电子顺磁共振（EPR）和X射线光电子能谱（XPS）表征证实，氮空位的引入通过作为有效的电子陷阱来抑制复合并促进光生载流子的传输，从而改变了Fe₃O₄的电子结构。原位傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析确定*COOH*和*CO*物种是合成气中CO形成的关键中间体。这项工作建立了一种有效的氮空位修饰策略，用于高效地将二氧化碳光催化转化为合成气，并为高性能催化剂的发展提供了新的思路。