近日，我院朱刚强教授团队在国际权威学术期刊《纳米·快报》（Nano Letters）上发表题为“Modularization of Regional Electronic Structure over Defect-Rich CeO2 Rods for Enhancing Photogenerated Charge Transfer and CO2 Activation”的研究成果。该研究开创性地揭示了晶体缺陷空间调控及其电子能带结构局域化的物理机制，并成功利用此机制在CeO2纳米材料中实现了光催化区域功能模块化，实现了高缺陷CeO2材料光生载流子产生和分离（转移）之间的平衡，为设计和开发高效光量子转化新材料提供了新的研究思路和重要的理论基础。该论文于2024年4月1日被《Nano Letters》接收，并于2024年4月18日正式发表。我校为唯一通讯单位，我院博士研究生饶斐为第一作者。我院朱刚强教授，朱陆军副教授为共同通讯作者。该成果获得中央高校基础研究基金和国家自然科学基金等项目的支持和帮助。
光催化剂中氧空位的缺陷可以在主体半导体材料引入新的缺陷能级，从而提升半导体光催化剂对光利用的范围。但是，在光生载流子对从体内向表面转移的过程中，氧空位缺陷则会成为电子或空穴的捕获中心，使其在传输过程中发生复合，降低了主体催化剂的光催化活性。因此，如何保证光催化剂同时具有宽光吸收能力和高效光生载流子传输能力是构建具有高效光催化活性催化剂的重大挑战。在此工作中，朱刚强教授团队及其合作者利用球差透射电子显微镜、电子能量损失谱及开尔文探针原子力显微镜，阐明了CeO2中晶体缺陷构型、位置和浓度的演化机制，并成功利用该机制实现了对高缺陷CeO2材料不同空间区域能带结构的精准调控，使其在单一晶体中同时具有可产生大量的光生载流子对的光敏区、较少的光生载流子复合中心的传输区以及具有高CO2分子活化能力的表面反应区。此外，作者们还系统研究了区域结构功能化CeO2材料光催化还原CO2的反应机制及其他金属氧化物半导体材料区域结构功能化设计和合成的普适性方法。该成果为氧空位缺陷的精准控制提供重要的研究思路和理论基础。
富缺陷CeO2棒上的区域电子结构模块化
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00731。
