近几十年来,随着人类对化石燃料和能源的需求不断增加,大气中的CO2浓度显著上升,这引起了各个国家对全球环境和能源危机的广泛关注。为了降低大气中CO2浓度,人们致力于研究模拟高效光合作用的新方法和催化剂材料,即利用光能将CO2转化成可利用资源。理想的光催化剂应具有小的活化能垒和高的产物选择性。然而,在多数光催化还原过程中,水的分解反应与CO2还原反应存在竞争性关系,这构成了大量具有相似还原电位产物的复杂反应动力学。因此,提高光催化CO2还原的转化效率和选择性仍面临巨大挑战。在CO2转化过程中,催化剂在控制反应途径和产物选择性方面起着重要作用。在各种催化剂中,金属氧化物半导体因其良好的催化活性和稳定性而被广泛应用于光催化CO2还原领域。然而,大部分金属氧化物由于活化能垒较高,通常无法在可见光下发生光催化反应,并且在不使用光敏剂和牺牲剂的情况下,仅在可见光照射下同时实现较高的CO2还原活性和产物选择性是一个严峻的挑战。另外,金属氧化物中电荷载流子的重组速度较快,从而导致反应速率和选择性降低,这严重阻碍了它们的实际应用。为此,研究人员致力于设计新型催化剂材料或者材料结构,以期提高光催化动力学和选择性。在本文中,我们针对可见光驱动下光催化CO2还原为CH4过程中难以同时实现高选择性和高转化效率的难题,开发了一种新型的通体介孔氧化铌纳米纤维材料作为催化剂。具体的,我们首先开发了静电纺丝工艺和高温烧结工艺制备了具有较好柔性的白色介孔Nb2O5纳米纤维膜;随后,我们提出了一种简易的金属锂接触腐蚀的策略,将柔性白色Nb2O5纳米纤维膜转变成黑色的富氧缺陷的柔性Nb2O5-x纳米纤维膜,这显著提升了Nb2O5陶瓷纳米纤维的表/界面性质,使其含有丰富氧空位和不饱和Nb双位点。引入氧空位后,Nb2O5的禁带宽度从3.01 e V降低至2.25 e V,使得光吸收范围从紫外扩大到可见光。另外,介孔中的双位点易吸附CO2,从而使得CO*的中间产物可以自发地变成了*CHO。我们认为,这种双位点可以形成高度稳定的Nb-CHO*中间体,这是提高选择性的关键。我们的初步研究结果表明,在不使用牺牲剂和光敏剂的情况下,纳米纤维催化剂在可见光下对CH4生成的选择性达到64.8%,释放速率高达19.5μmol·g-1·h-1。此外,研发的柔性催化剂薄膜可直接用于设备中,这具有较好的商业应用前景。