新进展 | 二氧化碳的催化转化可在室温下通过光照进行

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近日，我校化学与化工学院一项科技成果，通过在氧化铟（In₂O₃）表面包覆厚度为5纳米的碳层，成功研制出一种性能优越的新型光催化二氧化碳转化催化剂。该研究成果以“Photocatalytic CO₂ Reduction by Carbon-Coated Indium-Oxide Nanobelts”为题发表于国际学术期刊 《美国化学会会志》上（J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b00266, 影响因子：13.04）。

二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源，二氧化碳催化转化是最具前景的控制二氧化碳排放的技术。目前广泛采取的二氧化碳催化转化方法是利用高温加热。尽管这一方法具有较高二氧化碳转化率，但使用高温却会增加额外能耗，并造成额外的二氧化碳排放。采用光催化转化技术，利用太阳能实现二氧化碳催化转化被认为是最为绿色的技术。

然而，常用的二氧化碳转化光催化剂具有较差的二氧化碳吸附性能和较低的光生电荷分离效率。同时，光催化二氧化碳转化过程中，水常用作还原剂，水分解生成的质子是促使二氧化碳转化的关键。但现有光催化剂上质子更易于生成氢气，而难于和二氧化碳反应。以上这些问题始终是限制二氧化碳光催化转化技术实际应用的瓶颈。

光催化CO₂转化（CO₂+H₂O）生成CO和CH₄过程示意图。

化学与化工学院潘云翔教授课题组，与中国科学技术大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校科研人员合作开展的系列研究，发现包覆于氧化铟表面的碳层可促进电子由催化剂向二氧化碳转移，进而显著强化二氧化碳在催化剂上的吸附。另外，碳层可有效增强光生电荷分离效率，增加参与光催化反应的光生电子数量。同时，包覆碳层后，水分解生成的质子更易于同二氧化碳反应。从而实现了光催化二氧化碳转化效率的大幅提升。

碳包覆In₂O₃。

包覆碳层对于光催化CO₂转化效率（CO和CH₄生成速率）的影响。C-In₂O₃:碳包覆In₂O₃，P-In₂O₃:未包覆In₂O₃。

据介绍，这一成果使二氧化碳的催化转化可以直接在室温下通过光照进行，同时，光催化转化的产物选择性更明确，可以根据需要选择直接转化为纯度较高的一氧化碳、甲烷或甲醇等高附加值化学品，并直接加以利用。

此前，该研究组还利用在金属氧化物表面构造氧缺位的方式强化金属氧化物负载纳米金属催化剂的吸附性能和光生电荷分离效率，显著增强了光催化二氧化碳转化效率。研究成果发表于国际期刊Nano Research 上（Nano Research 2016, 9, 1689-1700. 影响因子：8.89）。

上述研究成果对于进一步设计合成高效二氧化碳催化转化催化剂和寻求更有效的控制排放途径，均具有重要的参考价值。本研究工作受到国家自然科学基金、合肥工业大学“黄山青年学者”计划等资助。

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图文 | 新闻文化网

编辑 | 黄可昕

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