厦大成康&王野团队：具有纳米片层形貌的NiFe合金用于高效光热催化CO2制CH4

厦门大学成康教授和王野教授团队发展出具有独特纳米片层结构的NiFe合金催化剂，在不引入外界热源的条件下利用局域表面等离子体共振效应，通过非贵金属催化剂实现高效CO₂光热转化。

化石燃料利用过程中产生的大量CO₂排放已经引起了一系列的环境问题。在绿氢和CO₂捕集技术快速发展的推动下，通过CO₂加氢制烃燃料和化学品正在成为减少碳足迹和储存可再生能源的有效过程。其中CO₂甲烷化反应，既能消耗CO₂，又能高密度地储存H₂。然而，由于CO₂分子的惰性性质，在温和条件催化转化极具挑战性。通过光热催化有望在温和条件下实现CO₂转化。

最近，王野教授团队以尿素辅助沉淀法合成了一系列NiFe合金光热催化剂用于CO₂甲烷化，其中以Al₂O₃作为结构助剂，Ni/Fe原子比为7的双金属NiFe纳米颗粒催化性能最优。在不引入额外热源的条件下，通过高效的光热转化，CO₂转化率可达98%，CH₄选择性为99%，且在100 h以上未观察到催化剂失活。通过与所制备的其他催化剂对比发现，NiFeAl催化剂中较小的合金粒径（~21 nm）和独特的纳米花结构促进了NiFe合金的LSPR增强效应。同时相较于单金属，NiFe合金中Ni和Fe可以协同促进CO₂甲烷化反应。使用红外相机可探测到在光照下，该催化剂表面的温度高达356°C，表明该催化剂能够有效地将光能转化为热能，为反应提供足够的能量。本工作不仅制备了一种用于CO₂甲烷化的高效催化剂，同时也为光热催化剂的结构设计提供了思路。

论文作者为厦门大学2021级博士李佳蓉，通讯作者为成康教授和王野教授。详见：Jiarong Li, Qi Xu, Yaoyao Han, Zhiyong Guo, Liangqun Zhao, Kang Cheng, Qinghong Zhang, Ye Wang, Efficient photothermal CO₂ methanation over NiFe alloy nanoparticles with enhanced localized surface plasmon resonance effect. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1876-4。该文将收录于2023 Emerging Investigator Issue。

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【通讯作者简介】

成康 厦门大学教授，博士生导师，王野教授团队成员。2009年本科毕业于四川大学（导师：陈武勇教授），2014年获厦门大学物理化学博士学位（导师：王野教授），2015年获法国里尔大学分子与凝聚态材料博士学位（导师：Andrei Khodakov研究员），先后在能源材料化学协同创新中心（iChEM）和荷兰乌特勒支大学德拜纳米材料科学研究所（合作导师：Krijn P. de Jong教授）从事博士后研究工作。2021年获得“中国催化新秀奖”，2022年获国家优秀青年科学基金项目资助。主要研究方向为合成气、CO₂、低碳烷烃的选择性转化和沸石催化。迄今在Science、Nat. Mater.、Nat. Catal.、Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Sci. China. Chem.、ACS Catal.等期刊发表论文50余篇。

王野 厦门大学教授，博导。1996年日本东京工业大学博士毕业。1996-2001年先后在日本东京工业大学、东北大学和广岛大学任教，2001年起任广岛大学副教授。2001年8月起任厦门大学教授。2006年获国家杰出青年科学基金，2010年获中国催化青年奖。曾任中国化学会催化委员会副主任、国际催化协会理事会理事，现任ACS Catal.副主编以及Appl. Catal. A、J. Energy Chem.、Chin. J. Catal.等刊物编委。从事碳资源转化利用领域的催化基础研究，主要研究方向包括：合成气和二氧化碳定向转化、甲烷活化和选择转化、生物质制高值化学品、光/电催化选择转化等。主持科技部重点研发、基金委创新群体等重大科研项目，在包括Nat. Catal.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Sci. China Chem.、Chin. J. Catal.等在内的国际学术刊物发表研究论文240余篇。

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