南洋理工樓雄文Angew：FeCoS2–CoS2雙層納米管增強還原CO2性能

2020-08-28 光催化前沿

通過光催化將二氧化碳固定在能量豐富的低碳產品中，是一種有前途的策略，可通過降低溫室氣體濃度來緩解全球變暖，同時通過將太陽能存儲為化學鍵來尋求可再生能源的替代品。近年來，研究人員在探索催化材料和一氧化碳構建反應體系的研究。然而，光催化一氧化碳的效率低且不符合實際應用的標準。這主要受到一氧化碳巨大的能源壁壘的限制在兩個熱力學和動力學方面，和多個物理化學過程的光催化過程中的低效率。因此，為了實現最終目標的二氧化碳光還原持續太陽能燃料的生產，期望開發新的催化劑以選擇操作高效率的反應。

南洋理工大學樓雄文課題組合理設計和構建了FeCoS2 –CoS2雙殼納米管，可在可見光下有效地光催化還原CO2。參與兩步陽離子交換反應的合成策略將兩種金屬硫化物精確地整合到一個雙殼管狀異質結構中，兩個殼都由超薄二維（2D）納米片組裝而成。受益於獨特的結構和組成，FeCoS2-CoS2雜化物可以減少光激發電荷載流子的從表面到表面的擴散距離，以促進它們的分離。此外，這種雜化結構可以暴露出豐富的活性位點以增強CO2吸附和依賴表面的氧化還原反應，並通過複雜內部的光散射更有效地收集入射的太陽輻射。結果表明，這些分層的FeCoS2–CoS2雙殼納米管顯示出優異的活性和對光敏脫氧性CO2還原的高穩定性，提供了28.1μmolh-1（每0.5 mg催化劑）的高CO生成速率。


FeCoS2-CoS2 DSNTs 分層合成過程的圖示。


FESEM圖像和TEM圖像


FESEM圖像；線掃描光譜；FeCoS2–CoS2 DSNT的HAADF–STEM和元素映射圖像。


性能圖

總而言之，設計並製造了分級的FeCoS2–CoS2雙殼納米管，可以利用可見光高效還原光催化CO2。多步合成路線有利於使FeCoS2-CoS2雜化物具有可調整的結構和組成，以調整催化性能。納米片組裝的分層雙殼空心結構可以減少光誘導電荷的擴散距離，提供豐富的催化活性位點，並更有效地利用入射光輻照。結果表明，金屬硫化物雜化物表現出出色的CO2在光敏串聯繫統中的還原活性和高穩定性。這項工作可能會激發進一步開發具有理想空間納米結構的金屬硫化物半導體，以通過可見光CO2還原來生產人造太陽能燃料。

文章連結：http://resource.library.nenu.edu.cn:80/rwt/WILEY/https/MSYXTLUQPJUB/10.1002/anie.202004609


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