新加坡国立大学《AFM》：一种用以实现高效CO2转化的纳米棒

在合适的基质中控制单个原子的掺入可以导致催化性能的自由基转变的目的。然而，找到一种直接的合成策略，将溶液处理、原子掺杂和匹配的载体高效地结合起来仍然是一个巨大的挑战。

来自新加坡国立大学的学者报道了在良好的纤锌矿CoO纳米棒中（锌原子位置的自发杂原子形成）提升了光还原速率的策略，一氧化碳达到86.7µmol g−1 h-1,甲烷达到31.4µmol g−1 h-1。本文基于对原子Zn位结构的验证，通过原位/非原位光谱探针跟踪催化过程以及相关的结构模拟，建立了以Zn/CoO催化反应动力学作为外加电位函数的良好描述，最终揭示了单掺杂位对CO2光还原的影响的原理。相关文章以“Spontaneous Atomic Sites Formation in Wurtzite CoO Nanorods for Robust CO2 Photoreduction”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202109693

图1.a） 比较CoO NRs和CoO NRs与单一锌位点的示意图。对于7.5 Zn/CoO NRs（最佳样品），本文提供了一个具有代表性的b）FESEM图像和c）HAADF STEM图像和EDX图，其中锌以红色绘制，钴以绿色绘制。d-e）单个NR的代表性原子分辨率HAADFSTEM图像。

图2. 7.5 Zn/CoO NRs（最佳样品）中a）Co，b）Zn和c）O元素的高分辨率XPS光谱。7.5 Zn/CoO NRs、10 Zn/CoO NRs和CoO NRs的d）XRD图谱、e）标准化的XANES光谱和f）Co K-edge的FT-EXFAS曲线。

图3. a）紫外-可见光谱，b）不同频率下的莫特-肖特基图，以及c）不同样品的能带结构。d）CoO NRs和e）7.5 Zn/CoO NRs的DOS。f）奈奎斯特图和g）光电流曲线。h）通过XPS光谱比较CoO NRs（上）和7.5 Zn/CoO NRs（下，最佳样品）之间的电子传输效率。

图4. a)不同样品的CO2光还原性能。b） CO2光还原过程中7.5 Zn/CoO NRs（最佳样品）的循环稳定性。c） 光还原过程中7.5 Zn/CoO-NRs的原位漂移。d） CoO-NRs和7.5 Zn/CoO-NRs的CO2-TPD曲线。

本文已经展示了一种由纤锌矿型CoO纳米棒制成的光催化剂，该纳米棒具有锌原子位，可以有效地减少二氧化碳。良好的晶格匹配和原子均匀性确保了合适的能带结构和强大的CO2化学吸附。因此，CO的产率达到86.7 µmolg−1 h-1，超过其他钴氧化物基CO2光还原催化剂。总的来说，表征和理论计算结果表明，经过合理选择和良好构造的主体掺杂剂催化剂具有强烈的电子耦合、调制的DOS和适当的CO2吸附能。这项工作为自发合成高活性、单分散的掺杂光催化剂提供了一条有效途径，以实现高效的CO2转化。（文：SSC）

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