Angew. Chem. | 富羟基Cu2S@ROH-NiCo2O3双壳层纳米盒高效催化CO2光还原

CO₂光催化还原反应（CO₂PR）制备清洁太阳能燃料为实现碳中和提供了一种可持续发展策略。在目标CO₂PR产物中，太阳能合成气（CO和H₂）可作为工业过程（费托反应、甲醇合成、合成气发酵等）的原料进一步转化为下游化学品。合理设计催化剂是实现CO₂PR高效性能且产物比例可调的关键。钴基氧化物因其具有丰富的活性位点，可有效地结合和激活CO₂分子，被认为是一种极具潜力的CO₂PR催化剂。近年来，一些策略包括晶面工程和形貌结构调控等被广泛用于提高钴基光催化剂的选择性，但是钴基催化剂的CO₂PR性能还有待提高。寻找普适而有效的策略应用于CO₂PR制备高效性能且产物组分可调的太阳能合成气，成为CO₂PR领域的一个研究热点。

近日，浙江师范大学的胡勇教授团队与新加坡南洋理工大学的楼雄文教授团队通过多步模板策略制备了一种基于Ni_xCo_yO_x+y的双壳层纳米盒的异质光催化剂（Cu₂S@ROH-NiCo₂O₃），并将其应用于高效制备太阳能合成气的研究。双壳层纳米盒的外层为富羟基的钴酸镍纳米片(ROH-NiCo₂O₃)，内层为Cu₂S纳米盒。中空结构不仅可以促进光吸收和电荷分离，而且可以提供丰富的反应活性位点。此外，由Cu₂S和ROH-NiCo₂O₃组成的p-n异质结可进一步加速界面电荷传输，并促进电子和空穴快速分离。因此，优化后的Cu₂S@ROH-NiCo₂O₃表现出优异的CO₂PR性能（CO: 7.1 mmol g^‒1 h^‒1; H₂: 2.8 mmol g^‒1 h^‒1），明显优于单组分Cu₂S和ROH-NiCo₂O₃。另一方面，光谱和理论分析表明富含羟基的ROH-NiCo₂O₃表面可增强*CO₂吸附并降低CO₂−to−CO的能垒，促进CO₂PR−to−CO的快速高效转化。因此，通过调控ROH-NiCo₂O₃的羟基含量，可实现宽范围内可调的合成气制备（CO/H₂产物比例为0.51−1.24）。该工作不仅为基于钴基氧化物人工光合成制备组分可调的合成气提供了深入的见解，也为其它光催化剂的设计与性能提升提供了一个思路。

论文信息

Steering Catalytic Activity and Selectivity of CO₂ Photoreduction to Syngas with Hydroxy-Rich Cu₂S@ROH-NiCo₂O₃ Double-Shelled Nanoboxes. Lei Li+, Xinyan Dai+, De-Li Chen+, Yinxiang Zeng, Yong Hu*, and Xiong Wen (David) Lou*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202205839

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