光催化转化co2的研究现状(氧化亚铜纳米立方体光催化CO2加氢)

光催化转化co2的研究现状(氧化亚铜纳米立方体光催化CO2加氢)(1)

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第一作者:Lili Wan(南开和多伦多);通讯作者:周启星(南开),孙威(浙大),Geoffrey A. Ozin通讯单位:南开大学,浙江大学,多伦多大学论文DOI:10.1038/s41929-019-0338-z

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本文报道了 一种合成稳定的Cu2O纳米立方体(Nanocubes)的方法。该Nanocube表面由混合价态的Cu组成。同时具有Cu(0,I,II) ,氧空位以及羟基OH,该表面混合态的存在使得歧化反应 Cu2O → Cu   CuO变得可逆,从而使得该nanocubes对氧化稳定,可以在温和条件下异裂 H2和吸附CO2,从而实现在气相驱动CO2光催化加氢,(逆水汽变换反应,H2   CO2 → CO   H2O)。

背景介绍

CCu2O是一个极其理想的半导体材料。它具有2-2.2 eV的直接带隙,因此在水溶液中被广泛用于可见光催化与电催化CO2等过程,但是氧化亚铜不稳定,容易发生歧化反应 Cu2O → Cu   CuO。这极大地制约着其在光电催化中的应用。

▲图1. 无支撑(freestanding)纳米立方体的生长机制以及粉末XRD和SEM图。作者认为nanocubes在盐酸处理过程中,形成的CuCl在水洗过程中的水解产生了freestanding的Cu2O ,该过程会残留一些Cu2(OH)3Cl 。 FTIR显示出Cu(I)-O 晶格振动。

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▲图2. HRTEM 表征CF-Cu2O。

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▲图3. CF-Cu2O的光催化性能。CO2/H2 = 5/1时,催化剂性能及稳定性都较1:1时更好。作者发现将分子筛LTA-3A放入反应中后,催化剂稳定性和性能进一步提升,因此作者认为反应生成的水对nanocubes依然有影响。

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▲图4. CF-Cu2O的原位DRIFTS,无光条件。a为H2的室温裂解,b为H活化表面的CO2 转化。作者认为1,137 cm−1是 Cu(I)-H振动,说明H2的异裂。

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▲图5. CF-Cu2O的原位DRIFTS,光照条件。此光照条件下,氢气的裂解过程与暗反应类似,也为异裂。而通入CO2之后,碳酸盐(1,505–1,530 cm−1),吸附水(1,630 cm−1) ,与CO( 2,060, 2,077 and 2,094 cm−1)均逐渐形成。

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▲图6. CF-Cu2O的光催化CO2加氢机理。

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文章链接:https://www.nature.com/articles/s41929-019-0338-z(点击文末「阅读原文」直达原文阅读)

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