ECE 论文解读丨氧空位介导路易斯酸碱对：铈掺杂BiOI高效催化CO2环加成。论文标题：Oxygen vacancy-mediated Lewis acid-base pairs on Ce-doped BiOI enable efficient CO2 conversion
期刊：ENGINEERING Chemical Engineering
作者：Chengguang Yue, Wenhao Ji, Tiantian Xiao, Weiying Pang, Shouying Huang, Ji Qi, Yue Wang, Mei-Yan Wang, Xinbin Ma
发表时间：9 Jun 2026
DOI： 10.1007/s11705-026-2677-z
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文章信息
Chengguang Yue, Wenhao Ji, Tiantian Xiao, Weiying Pang, Shouying Huang, Ji Qi, Yue Wang, Mei-Yan Wang, Xinbin Ma. Oxygen vacancy-mediated Lewis acid-base pairs on Ce-doped BiOI enable efficient CO2 conversion. ENG. Chem. Eng., 2026, 20 (8) : 60
DOI:10.1007/s11705-026-2677-z
https://journal.hep.com.cn/fcse/EN/10.1007/s11705-026-2677-z
文章导读
CO2与环氧化物经环加成反应制备环状碳酸酯是兼具环境可持续性与经济可行性的CO2高值化转化路线。金属卤氧化物自身层间卤素离子可作为内置亲核试剂进攻环氧开环，这为高效多相CO2环加成催化剂的设计开发提供了独特思路。常规金属卤氧化物表面较弱的环氧吸附能力使得其催化效率较低，针对这一问题，天津大学王美岩和马新宾团队在 ENG. Chem. Eng. 发表论文，通过一步溶剂热法制备了系列高分散铈掺杂碘氧化铋（CexBi1−xOI）催化剂。亲氧型铈离子的引入有效强化了环氧化物的吸附活化，并显著提升CO2环加成催化性能。多种表征结果证实：铈掺杂可促进生成氧空位介导路易斯酸碱对（Bi−Ov−Ce3+...I−）。该活性位点中，Ov−Ce3+...I−强化环氧化物的吸附和开环；Bi−Ov 位点提供CO2吸附位点，邻近路易斯酸碱位点的协同大幅降低了环氧丁烷与 CO2 环加成反应的表观活化能——优化样品Ce0.1Bi0.9OI的活化能仅 70.67 kJ.mol–1，纯BiOI则高达 108.09 kJ.mol–1。在无溶剂、无助催化剂条件下，最优催化剂Ce0.1Bi0.9OI 的碳酸丁烯酯收率可达 91%。本工作提出了一种通用策略，通过在金属卤氧化物中掺杂高离子势金属离子，构建强化的路易斯酸碱协同位点，从而为高效CO2资源化转化催化剂的设计开辟了新思路。
文章亮点
构效关系明确，证实氧空位-铈位点协同核心作用
通过 XPS、EPR、氧气退火缺陷消除对照实验，直接证明催化活性与表面氧空位、Ce3+含量正相关，Bi−Ov−Ce3+...I−是决定高活性的专属路易斯酸碱活性对，同时验证了晶格碘离子不可或缺，清晰阐明了掺杂改性的增效本质。
实验结合理论，从原子尺度揭示环氧活化机制
动力学测试证明铈掺杂大幅降低反应表观活化能；DFT 计算直观对比Ov−Ce3+与Ov−Bi3+ 点吸附差异，证实Ce3+可强化环氧吸附并拉长环氧C−O键，从原子层面解释了铈掺杂加速环氧开环的内在机理。
原位红外明晰反应决速步骤，完善催化循环机理
原位 DRIFTS 捕获反应中间物种信号，证明环氧吸附与开环是总反应决速步，环化过程速率快；结合所有表征与计算完整了梳理Bi−Ov−Ce3+...I− 协同催化的四步反应路径，为金属氧卤化物催化剂设计提供直接理论依据。
亮图解读
图4 展示了所制备CexBi1−xOI与BiOI样品的表面酸碱性质：（a）吡啶吸附红外；（b）二氧化碳吸附曲线。结果表明铈掺杂显著增强了Ce0.1Bi0.9OI样品的表面酸性，利于环氧化物的吸附活化。
图5 展示了所制备CexBi1−xOI与BiOI样品催化环氧丁烷与CO2环加成反应的催化活性。直观证明氧空位与Bi−Ov−Ce3+...I− 位点是高活性关键。
图7 从原子尺度解释铈掺杂强化环氧活化的机理：(a) CexBi1−xOI的模型结构；(b) 电子局域函数分布图；(c) Ov−Bi3+位点与 (d) Ov−Ce3+位点的吸附模型及对应计算吸附能。
图8 120 ℃条件下，Ce0.1Bi0.9OI催化环氧丙烷与CO2环加成反应的时间分辨原位漫反射红外光谱，证实环氧开环为反应决速步骤。
作者简介
第一作者: 岳成光，天津大学博士研究生，围绕CO2制碳酸酯绿色催化剂开发开展研究工作。发表学术论文6篇，申请中国发明专利4项、授权2项。
通讯作者 1: 王美岩，天津大学化工学院副教授、博士生导师，国家重大科技专项/重点研发计划青年首席科学家。长期致力于CO2捕集转化一体化技术、CO2定向转化催化剂和绿色新工艺的开发。以第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Green Chem.等期刊发表SCI论文30余篇，多项成果入选封面论文和高被引论文。
通讯作者 2: 马新宾，天津大学/新疆大学教授，新疆大学校长。长期深耕一碳化工领域，围绕合成气制含氧化学品、CO2捕集与利用中关键科学和技术问题，开展从基础到应用的贯通式研究 。在Nat. Commun. 、JACS、PNAS等国际顶级期刊发表SCI论文400余篇，SCI他引20000余次，连续11年入选Elsevier中国高被引学者领域榜单。获授权中国发明专利93项，授权国际发明专利8项。
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来源：ENGINEERING Chemical Engineering
