化石燃料的过度消耗导致CO2排放的持续增加，造成全球能源短缺和气候变化。太阳能驱动的光催化CO2还原为高价值的可再生燃料和工业原料为缓解温室效应和实现碳中和目标提供了有效策略。
Bi2WO6 (BWO)是一种典型的氧化物，具有其可见光捕获能力、二维结构和化学稳定性，已成为一种很有前途的CO2光还原光催化剂。但是，普通BWO仍然存在固有的缺陷，包括其有限的载流子浓度和显著的载流子重组，阻碍了其光催化效率。因此，目前迫切需要开发合理修饰策略来克服上述缺陷以实现高效CO2光还原。
近日，中国地质大学(北京)黄洪伟、武汉理工大学李能和郑州大学李俊等采用两步水热串联合成策略，设计了一种具有高度连接和匹配界面晶格的2D/2D CuS-Bi2WO6 p-n异质结(CS-BWO)。CS与BWO的集成创造了一个强大的界面电场，并由于功函数的差异提供了快速的电荷转移通道，以及高度连接和匹配的界面晶格。
实验结果表明，在光照下，CS-BWO光催化CO2转化为CO和甲烷的产率分别为33.9和16.4 µmol g-1 h-1，显著高于CS、BWO和物理混合的CS-BWO纳米片。此外，该催化剂在连续反应40小时过程中，产物的生产速率呈逐渐增加的趋势，证实了其稳定的光催化性能。
原位光谱表征和理论计算表明，在CS-BWO的生长过程中，CS的强耦合效应导致Cu原子失去了更多的电子，CS-BWO异质结中富含的电子Bi原子同时作为吸附位点捕获CO2和作为活性位点还原CO2。在光照射下，在CS-BWO异质结中产生了光生载流子，其中BWO作为电子库，在CS的ECB中捕获和转移被激发的电子，而光生空穴从BWO中转移了CS的EVB，从而实现了光生载流子的有效空间分离。
更重要的是，耦合效应增强了BWO中的电荷积累，显著降低了*CO2向*COOH转换的能垒。由于优化的自由能，*CO很容易从催化剂表面解吸，从而抑制其进一步加氢生成甲烷。此外，由于CS-BWO上从*CO向*CHO转化的反应能垒下降，大大提高了光催化CO2还原为CO和甲烷的活性和选择性。
综上，该项研究证实了低电荷转移能垒的界面工程可以有效提高CO2的光还原活性，为制备其它CO2光转换异质结系统提供了参考。
Enabling interfacial lattice matching by selective epitaxial growth of CuS crystals on Bi2WO6 nanosheets for efficient CO2 photoreduction into solar fuels. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202418496
