科学研究

刘丽珍:表面位点工程助力光催化CO2还原【Nano Energy,2021】
2021-03-10 阅读:69133

光催化还原CO2因其能够缓解温室效应和对传统能源的依赖而备受瞩目,被认为是解决环境和能源问题的理想技术。然而,过低的催化效率限制了光催化CO2还原的工业应用。例如:大部分半导体光催化剂的禁带宽度较宽,不能吸收可见光,对光子的利用效率不高;光生电子与空穴的再复合需要的时间与迁移的时间相近且远快于催化反应发生的时间,导致了严重的光生电子、空穴的再复合,浪费了大量的载流子;半导体表面的催化位点较少,不能为催化反应提供有效的发生位点;半导体表面的原子结合位点影响了催化反应的选择性等等。

针对以上问题,我校材料科学与工程学院博士生刘丽珍在“资源综合利用与环境能源新材料”创新团队黄洪伟教授与张以河教授指导下,综述了近五年来的相关研究,创新性地总结了四种表面改性策略:

1. 晶面位点工程—设计合理的晶面工程增加表面催化位点

2. 晶格位点工程—设计合适的掺杂、空位缺陷增加表面催化位点

3. 接枝位点工程—设计引入表面原子、离子、功能团增加表面催化位点

4. 协同策略工程—设计多种表面策略最大化增加、分离表面催化位点

通过从反应机理入手,深度剖析了光催化CO2还原的机理与挑战,提出对应的表面改性策略来增加表面催化位点用以提升光催化CO2还原效率,该综述系统地分类、总结了表面位点工程,有望为后续研究提供全新的视角与方法。

1:表面位点工程的分类

2:光催化CO2还原的过程与机理

3CO2活化过程中的三种可能结构。(a)氧配位中心结构;(b)碳配位中心结果;(c)混合配位中心结构

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Nano Energy》上: Lizhen Liu, Shuobo Wang, Hongwei Huang,* Yihe Zhang, and Tianyi Ma*. Surface sites engineering on semiconductors to boost photocatalytic CO2 reduction. Nano Energy, 2020, 75, 104959. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104959 [IF=16.602] 


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