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CO2光催化還原反應(yīng)(CO2PRR)制備清潔太陽(yáng)能燃料為實(shí)現(xiàn)碳中和提供了一種可持續(xù)發(fā)展策略。在目標(biāo)CO2PRR產(chǎn)物中，太陽(yáng)能合成氣(CO和H2)可作為工業(yè)過(guò)程(費(fèi)托反應(yīng)、甲醇合成、合成氣發(fā)酵等)的原料進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為下游化學(xué)品。合理設(shè)計(jì)催化劑是實(shí)現(xiàn)CO2PRR高效性能且產(chǎn)物比例可調(diào)的關(guān)鍵。鈷基氧化物因其具有豐富的鈷位點(diǎn)，可有效地結(jié)合和激活CO2分子，被認(rèn)為是一種可靠的CO2PRR催化劑。近年來(lái)，一些策略包括晶面工程和形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控等被廣泛用于優(yōu)化鈷基光催化劑催化產(chǎn)物的選擇性，但是鈷基催化劑的CO2PRR性能還不能滿足需求。尋找普適而有效的策略應(yīng)用于CO2PRR制備高效性能且產(chǎn)物組分可調(diào)太陽(yáng)能合成氣，成為CO2PRR領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。與廣泛報(bào)道的尖晶石結(jié)構(gòu)相比，巖鹽結(jié)構(gòu)鈷基氧化物(如鈷酸鎳，NixCoyOx+y)，其具有較高的載流子密度和氧化還原活性被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)和光催化水氧化等領(lǐng)域。而且，巖鹽NixCoyOx+y表面覆蓋著豐富的羥基，為CO2PRR過(guò)程中所產(chǎn)生的關(guān)鍵中間體吸附和光催化反應(yīng)路徑提供了一種可能的渠道。
胡勇教授團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)多步模板策略制備了一種富含羥基的Cu2S@ROH-NiCo2O3中空雙殼層納米盒(DSNBs)復(fù)合光催化劑，并將其應(yīng)用于高效制備太陽(yáng)能合成氣的研究。得益于分層中空幾何結(jié)構(gòu)以及p-n異質(zhì)結(jié)，Cu2S@ROH-NiCo2O3 DSNBs能夠有效促進(jìn)光吸收和電荷分離，表現(xiàn)出優(yōu)于單組分(Cu2S NBs和ROH-NiCo2O3 NSs)的CO2PR性能(CO: 7.1 mmol g?1 h?1; H2: 2.8 mmol g?1 h?1)。此外，光譜和理論分析表明，ROH-NiCo2O3表面增強(qiáng)了*CO2吸附和降低了CO2產(chǎn)CO的能壘。因此，通過(guò)降低退火溫度來(lái)增大ROH-NiCo2O3的羥基含量，可使得CO/H2產(chǎn)物比例從0.51增加到1.24，這項(xiàng)工作為可調(diào)合成氣的人工光合作用提供了深入的見(jiàn)解。
該課題組自2020年開(kāi)展新型的CO2PRR光催化劑研究以來(lái)已取得一系列進(jìn)展，相關(guān)成果分別發(fā)表在：Appl. Catal. B-Environ. 2021, 293, 120203; Chem. Eng. J. 2022, 434, 133867; Langmuir 2022, 38, 6491等材料、化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際重要期刊上。
相關(guān)研究成果得到了浙江省“萬(wàn)人計(jì)劃”杰出人才項(xiàng)目和浙江省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目的資助。
參考資料：http://sky.zjnu.edu.cn/2022/0615/c4932a398234/page.htm
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