图1 具有晶格无序的BSO(110)表面级联催化位点促进CO₂还原。

高效的光催化CO₂还原（CO2RR）需要具有级联活性位点的多功能催化剂来管理复杂的反应途径。Bi₂Sn₂O₇（BSO）催化剂有望用于CO₂RR，但Bi和Sn位点的具体作用，特别是级联机制，尚不清楚。传统的合成方法产生高度有序的晶格，通常忽略了Sn位点的作用，BSO通常用作单位点催化剂。本研究通过晶格无序工程合成了表面无序的BSO催化剂（d-BSO），系统研究了Bi和Sn位点在建立级联活性位点中的功能划分。结果表明，Bi–氧空位（OV）位点是H₂O解离和CO₂活化的双重活性位点，而晶格无序释放的对称Sn位点（Sn1-OV-Sn2）是CO₂RR过程中CO₂吸附和活化的单一功能位点。这些对称的Sn位点形成了独特的Sn1–O–C–Sn2结构，其中Sn 5s/5p和CO₂空轨道在不同空间方向上的重叠促进了电子供应和CO₂活化。用于CO₂活化的Sn位点和用于H₂O解离的Bi位点的不同作用与催化级联机制一致，支持了晶格无序工程构建级联催化剂的潜力。晶格无序诱导的Bi/Sn级联位点和内置电场以100%的选择性将CO产量提高到50.36 μmol g^–1 h^–1。这项工作阐明了烧绿石中的级联机制，并证明了晶格无序工程是激活多功能位点的有效策略。

图2 具有晶格无序的BSO(110)的微结构表征。

Sn和Bi位点产生级联催化位点，增强CO₂活化和H₂O解离，共同决定了BSO的CO₂RR活性。值得注意的是，DFT计算表明，CO₂分子以桥式结构吸附在对称的Sn1-OV-Sn2位点上，形成独特的Sn1-OA-C-Sn2结构，并驱动独特的“推-推”电子转移机制。OV诱导电子填充Sn 5s/5p轨道，增加p轨道中心能量以匹配CO₂的LUMO能量，放大了“推-推”电子效应。此外，表面晶格无序会产生IEF，改善载流子迁移和电荷转移到活性位点。由于之前对改性材料的研究主要集中在Bi–OV活性的起源上，通过直接的光谱证据和理论计算阐明了CO₂光氢化过程中Bi和Sn位点之间可能的级联机制。

图3 Sn位点电子“推-推”效应促进CO₂活化解析。

本研究得到了国家自然科学基金（22576005）、深圳市科技计划（JCYJ20241202125900002）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515010941）和2023年深圳市高校可持续发展支持基金（20231121170027002）的支持。研究成果以“Constructing Lattice Disorder-Induced Cascade Sites for Carbon Dioxide Photohydrogenation”为题，论文于2026年6月发表在国际权威期刊ACS Catalysis期刊上（doi: 10.1021/acscatal.6c01997），北京大学深圳研究生院生态环境与资源效率研究实验室为第一通讯单位，北京大学深圳研究生院冀豪栋助理教授和中国地质大学（北京）黄洪伟教授为共同通讯作者，北京大学深圳研究生院环境与能源学院23级博士生高帅、23级硕士生高悦皓为共同第一作者。