《Carbon Energy》是一本专注于碳利用与碳排放控制领域的跨学科清洁能源研究期刊，主要刊登与能源存储、光催化、电催化、光电催化及热催化相关的前沿研究成果。该期刊是中国科学院材料科学大类1区TOP期刊，在纳米科技、能源与燃料、物理化学和材料科学（综合）四个细分领域全部位列Q1区前列，在多个学科中都达到了顶尖水平，影响因子为24.2，被广泛认为是碳能源领域内最具权威性的学术期刊之一。

研究背景：

CO2的持续排放不断加剧全球变暖压力，将其转化为高附加值产物的太阳能光催化被认为是实现碳中和的重要路径。然而，现实并不理想，多数体系效率有限、稳定性不足、选择性欠佳、依赖贵金属助催化剂和牺牲剂，难以实现真正的可持续应用。卤氧化铋基（BiOX）光催化材料因具备良好的可见光响应和层状结构而受到广泛关注，但传统调控方法复杂，且往往牺牲结构稳定性，不利于其实际应用。近年来，光催化记忆效应方向的研究进展为解决这一问题提供了新的思路，通过光生电子的存储可以诱导氧空位生成并驱动材料内部电子结构重构，但单一作用仍难以显著提升其光催化还原CO2性能。在此基础上，本研究工作通过引入具有独特4f电子能级结构的Er³⁺作为电子捕获中心，与光催化记忆效应协同作用，实现了对BiOCl电子结构的进一步精细调控，为构建高效CO2还原体系提供了新的设计思路。

成果介绍：

西南交通大学材料科学与工程学院李琦教授团队提出了一种Er³⁺掺杂与光催化记忆效应协同驱动的电子-缺陷调控策略。以表面活性剂辅助水热法制备的二维超薄BiOCl纳米片为模型体系，通过引入Er³⁺调控局域电子结构，并结合可见光预照射触发光催化记忆效应，将光生电子由瞬态激发转化为可持续“锁定”的结构调控单元。在Er³⁺相关能级的协同作用下，实现了电子的高效捕获与长效存储，并进一步诱导氧空位的生成与稳定化，驱动材料电子结构与能带构型的动态重构。该策略同时强化了内建电场与压电响应，优化了载流子的分离与迁移过程，从而为CO₂光催化转化构筑了更加高效且稳定的反应体系。

通过预光照实现的稳定氧空位构筑显著增强了Er³⁺掺杂BiOCl材料对CO_2分子的吸附与活化能力，使反应界面更加活跃。在光催化记忆效应与Er³⁺掺杂的协同调控下，该材料在光催化、压电催化以及光-压电协同催化CO2转化过程中均表现出显著优于未掺杂样品的性能。尤为突出的是，在无需助催化剂、光敏剂或牺牲剂的条件下，通过可见光与超声协同作用下，其光-压电催化还原CO_{2 为}CO的产率可达约4 mmol g^-1 h^-1，为高效CO₂还原体系的构建提供了新的策略。

相关研究以“Superior CO₂ Conversion Performance by Er‐Doped BiOCl Nanosheets Through Synergistic Photocatalytic Memory Effect and Er‐Doping”为题，2026年5月3日在线发表于《Carbon Energy》（https://doi.org/10.1002/cey2.70204）。该项工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、先进材料—国家科技重大专项等科研项目的联合资助。

图1：（A）Bi_1-xEr_xOCl系列纳米片样品的XRD图谱；（B）到（J）Bi_0.98Er_0.02OCl纳米片样品的（B）TEM形貌图像，（C）HRTEM图像，（D）SAED图谱，（E）AFM形貌图，（F）AFM厚度剖面图以及（G）–（J）EDX元素分布图。

图2：预光照前后的BiOCl（A）和Bi_0.98Er_0.02OCl（B）纳米片在光、压电及光-压电协同催化下的CO生成速率；（C）系列对照实验中的CO生成速率；预光照后的Bi_0.98Er_0.02OCl纳米片在CO₂还原实验中的¹³CO₂同位素GC–MS分析（D）和原位红外分析（E）；（F）DFT计算获得的反应路径中间体的吉布斯自由能变化；（G）预光照后的Bi_0.98Er_0.02OCl纳米片光-压电协同催化机理示意图。

研究小结：

综上所述，通过简单稳定的水热法成功制备了具有光催化记忆效应的二维超薄Bi_1-xEr_xOCl纳米片。研究表明，Er³⁺掺杂与可见光预照射诱导的光催化记忆效应可协同调控BiOCl的内部电子结构，从而显著优化其电子态分布与缺陷特征。在该协同作用下，Bi_1-xEr_xOCl纳米片相比未掺杂BiOCl纳米片表现出更丰富的氧空位、更强的可见光吸收能力、更负的导带位置、更显著的压电响应，以及更优的载流子分离与迁移性能；同时，其对CO₂的吸附与活化能力也得到明显增强。上述电子结构与表面性质的协同优化，共同促进了材料在光催化、压电催化以及光-压电协同催化CO₂还原反应中的整体性能提升。在最佳2 % Er³⁺掺杂条件下，Bi_0.98Er_0.02OCl纳米片表现出最优的CO₂还原性能。在可见光照射下，无需任何助催化剂、光敏剂或牺牲剂参与，该材料可在纯水体系中高效将CO₂还原为CO，且选择性接近100%。其光-压电协同催化CO₂生成CO的速率显著高于目前已报道的大多数铋基光催化体系，并具有良好的循环稳定性。本研究为利用稀土离子掺杂调控光催化记忆效应提供了新的思路，其协同机制也进一步拓展了该类材料在光催化与压电催化等能源与环境领域中的应用潜力。

作者简介：

第一作者：

芦丽珍，博士毕业于西南交通大学，现为四川轻化工大学讲师。

主要研究方向包括光电半导体材料、铁电与压电陶瓷材料、高效CO2还原催化材料以及电化学储能材料。

通讯作者：

李琦，教授/博导，英国皇家化学会会士，西南交通大学材料科学与工程学院副院长；长期从事环境与可持续发展功能材料研究，包括光催化环境净化、重金属离子去除、能源环境催化、二氧化碳转化、固体废弃物无害化与资源化处理、海水淡化、3D/4D打印与超材料等。已在Advanced Materials、Applied Catalysis B、Carbon Energy、Environmental Science & Technology、Water Research、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Journal of Advanced Ceramics等国际材料与环境领域权威期刊发表论文150余篇，其中7篇入选ESI高被引论文，总引用超8300次，H-index为51；编写英文专著章节1部；授权美国发明专利5项、中国发明专利56项。