浙江师大开发新型复合光催化剂应用于高效制备太阳能合成气研究

近日，浙江师范大学化学与生命科学学院胡勇教授课题组与新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组合作在国际化学顶级学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上在线发表研究论文“Steering Catalytic Activity and Selectivity of CO2 Photoreduction to Syngas with Hydroxy-Rich Cu2S@ROH-NiCo2O3 Double-Shelled Nanoboxes”。该刊物是目前国际化学领域最具影响力的综合性刊物之一，为中科院分区一区期刊，刊物最新影响因子为15.336。浙江师范大学2022级博士研究生李磊、代新燕博士和陈德利副教授为论文的共同第一作者，浙江师范大学为论文第一完成单位。

CO2光催化还原反应(CO2PRR)制备清洁太阳能燃料为实现碳中和提供了一种可持续发展策略。在目标CO2PRR产物中，太阳能合成气(CO和H2)可作为工业过程(费托反应、甲醇合成、合成气发酵等)的原料进一步转化为下游化学品。合理设计催化剂是实现CO2PRR高效性能且产物比例可调的关键。钴基氧化物因其具有丰富的钴位点，可有效地结合和激活CO2分子，被认为是一种可靠的CO2PRR催化剂。近年来，一些策略包括晶面工程和形貌结构调控等被广泛用于优化钴基光催化剂催化产物的选择性，但是钴基催化剂的CO2PRR性能还不能满足需求。寻找普适而有效的策略应用于CO2PRR制备高效性能且产物组分可调太阳能合成气，成为CO2PRR领域的一个研究热点。与广泛报道的尖晶石结构相比，岩盐结构钴基氧化物(如钴酸镍，NixCoyOx+y)，其具有较高的载流子密度和氧化还原活性被广泛应用于电化学和光催化水氧化等领域。而且，岩盐NixCoyOx+y表面覆盖着丰富的羟基，为CO2PRR过程中所产生的关键中间体吸附和光催化反应路径提供了一种可能的渠道。

胡勇教授课题组成员通过多步模板策略制备了一种富含羟基的Cu2S@ROH-NiCo2O3中空双壳层纳米盒(DSNBs)复合光催化剂，并将其应用于高效制备太阳能合成气的研究。得益于分层中空几何结构以及p-n异质结，Cu2S@ROH-NiCo2O3 DSNBs能够有效促进光吸收和电荷分离，表现出优于单组分(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，光谱和理论分析表明，ROH-NiCo2O3表面增强了*CO2吸附和降低了CO2产CO的能垒。因此，通过降低退火温度来增大ROH-NiCo2O3的羟基含量，可使得CO/H2产物比例从0.51增加到1.24，这项工作为可调合成气的人工光合作用提供了深入的见解。

该课题组自2020年开展新型的CO2PRR光催化剂研究以来已取得一系列进展，相关成果分别发表在：Appl. Catal. B-Environ. 2021, 293, 120203; Chem. Eng. J. 2022, 434, 133867; Langmuir 2022, 38, 6491等材料、化学领域国际重要期刊上。相关研究成果得到了浙江省“万人计划”杰出人才项目和浙江省自然科学基金重大项目的资助。

来源：浙江师范大学

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202205839