Trans Tianjin Univ | 集成型光热纳米反应器用于高效CO2加氢

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文章信息

Jiahui Shen, Rui Tang, Zhiyi Wu, Xiao Wang, Mingyu Chu, Mujin Cai, Chengcheng Zhang, Liang Zhang, Kui Yin, Le He, Chaoran Li. Integrated Photothermal Nanoreactors for Efficient Hydrogenation of CO₂. Trans Tianjin Univ, 2022, https://doi.org/10.1007/s12209-022-00333-y

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-022-00333-y

PART02

本文亮点

1本工作发展了一种简便的SiO₂保护的MOFs热解法获得集成型光热纳米反应器(Co@SiO₂)。

2 该纳米反应器实现了Co纳米颗粒尺寸的非连续分布，兼顾了大尺寸Co颗粒的高光吸收能力和小尺寸Co颗粒的高催化活性。

3 该纳米反应器的SiO₂壳层具有纳米温室效应和空间限域效应，显著提升催化剂的表面温度和稳定性

PART03

背景及意义

为了缓解能源危机和全球变暖，近年来新发展的光热催化技术可以高效将二氧化碳和可再生氢气转化为高附加值燃料和化学品。现有光热催化剂大多是由负载型金属/氧化物组成，金属纳米颗粒同时肩负吸光和催化作用。然而，光热催化剂的性能通常受到需要权衡金属颗粒分散性和光吸收能力的限制。本文创新地将这两个功能分离，并且集成在一个纳米结构中，获得了吸光性能和催化性能俱佳的光热催化剂。通过一种简捷的SiO₂保护MOFs热解法来制备一种新型的集成型光热纳米反应器 (IPR)，该反应器具有较高的金属负载量、分散性和稳定性。新开发的IPR具有独特的核心-卫星结构特征，利用中心部分光热性能优良的大尺寸Co纳米颗粒作为“纳米加热器”、利用卫星部分催化性能优良的小尺寸Co纳米颗粒作为“纳米反应中心”。同时，独特卫星结构的SiO₂壳层不仅利用了空间限域效应，防止了小尺寸Co纳米颗粒在高温工作条件下团聚烧结，提高催化剂的稳定性；又利用了纳米温室效应显著提升表面温度，展现出711 mmol/(gCo·h)的优异催化活性。本工作为高效的光热催化材料设计提供了新的思路，也为非贵金属在光热催化温室气体CO₂生产太阳能燃料的规模工程开发奠定了材料基础

PART04

图文导读

图1 a集成型纳米光热反应器Co@SiO₂的制备过程示意图。b ZIF-67的TEM图，Co@SiO₂的c SEM图、d TEM图、e HRTEM图、f元素分布图和g Co元素线扫描图。

图2 a小尺寸Co对比样Co-SNP、大尺寸Co对比样Co-LNP和Co@SiO₂三个样品的漫反射光谱。表面温度 (°C) 空间分布的红外热像仪图像：b Co-SNP、c Co@SiO2和d Co-LNP。表面温度的红外热像仪图像：e Co-SNP、f Co@SiO₂和g Co-LNP。

图3  Co@SiO₂和Co-SNP的光热催化性能：a活性，b选择性和c稳定性。 

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通讯作者简介

 何乐 

2008年于南京大学获得学士学位，2013年于美国加州大学河滨分校获得化学博士学位。2013年至2015年在加拿大多伦多大学从事博士后研究。2015年9月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM），被聘为教授、博士生导师。入选国家级青年人才计划、江苏省“双创计划”、江苏省优青、江苏省六大人才高峰高层次人才等。研究主要集中于气相光催化二氧化碳还原，致力于解决现有体系在活性、选择性与稳定性方面存在的不足，加深对光催化机制与反应机理的理解。在Nat. Energy、Nat. Commun.、Acc. Chem. Res、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Joule、Nano Lett.等期刊发表文章90余篇，论文总引用4600余次，SCI H-index为38。已获授权美国发明专利2项，国内发明专利8项，撰写国际专著三部（章），受邀担任Rare Metals和Transactions of Tianjin University青年编委以及30余个国际主流学术期刊审稿人。

 李超然 

苏州大学FUNSOM，副研究员。2010年于厦门大学化学系获理学学士学位，2015年于中科院福建物构所获理学博士学位。主要研究方向为可控合成低对称纳米结构及其在光热CO₂还原中的应用。在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Adv. Sci.等期刊发表SCI研究论文30余篇。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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《天津大学学报（英文版）》是由教育部主管、天津大学主办的学术性英文期刊，被EI、Scopus等多家国际著名数据库收录。2018年改版为专业刊，重点刊登能源材料、能源化学与化工领域的原创性、创新性研究成果，包括太阳能利用、产氢与储氢、二氧化碳捕获和转化、燃料电池、电池和超级电容器、催化、煤炭和石油的清洁利用、生物燃料、能源政策等主题。本刊与Springer合作出版，在SpringerLink上全文在线，做到了快速审稿和出版。2016年入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”，2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”，2021年荣获“中国国际影响力优秀学术期刊”，2022年入选《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》。欢迎大家关注和投稿！

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