熊宇杰教授课题组 ǀ Science China Materials最新综述：用于光电催化还原CO2为燃料的设计进展

【引言】

当今能源危机以及全球温室效应日益严重。以太阳能驱动的CO₂还原为解决这些问题提供了一个全新的绿色途径，已经受到研究者们的广泛关注。光电催化过程能够整合光催化和电催化两者的优势，从而实现对CO₂还原更高的效率和更理想的选择性。近年来，光电催化CO₂还原蓬勃发展，已经取得了一些令人瞩目的成果。

【成果简介】

近日，iChEM研究人员、中国科学技术大学熊宇杰教授课题组受邀在期刊Science China Materials上撰写发表了题为Recent progress on advanced design for photoelectrochemical reduction of CO₂ to fuels的综述性论文，系统总结了近年来基于光电催化CO₂还原的设计工作。该论文在讨论CO₂还原的基本理论和评价体系的基础上，首先介绍了光阴极的调控手段，包括提高光利用效率、开拓催化活性位点、调控反应过程等等。此外，讨论了最近发展的用于CO₂还原的新型光电催化装置。最终总结了光电催化CO₂还原目前还面临的问题和此领域今后研究的重点。

相关工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目的资助，该综述论文作者包括中国科学技术大学博士生张宁、龙冉博士和高超博士。

【图文导读】

图2 利用半导体设计水溶剂中光电催化还原CO₂体系的示意图

（a）半导体作为光阴极；

（b）半导体作为光阳极；

（c）半导体同时作为光阳极和光阴极；

（d）光伏电池驱动的电催化。 

图2 利用半导体异质结设计水溶剂中光电催化还原CO₂体系的示意图

（a）II型半导体异质结；

（b）II型半导体异质结作为光阴极。

图3 利用半导体/金属复合结构设计水溶剂中光电催化还原CO₂体系的示意图

（a）p型半导体和金属形成的肖特基结；

（b）肖特基结中载流子在光催化过程中的迁移；

（c）p型半导体和金属形成的肖特基结作为光阴极。

【总结与展望】

光电催化还原CO₂为利用太阳能和将CO₂转化成燃料提供了一种非常有前景的途径。通过提高光利用效率、调控设计催化活性位点、构筑新型光电催化装置等策略，光电催化还原CO₂近年来已经取得了一些令人瞩目的成果。然而，光电催化还原CO₂仍然处于研究的初级阶段，机理研究尚不够清晰透彻，面临过电势高和活性、选择性、稳定性欠佳等难题。未来光电催化还原CO₂研究的重点将集中在两方面：（1）利用表界面工程调控光吸收特性，构筑催化位点和操纵电荷动力学以实现理想的活性和选择性；（2）利用先进的原位表征技术确认催化位点和催化中间产物以明晰反应机理。

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本文由熊宇杰教授课题组撰稿，实习编辑吴禹翰校对、发布。