未來網高校頻道3月27日訊（記者 張程 通訊員 林釗宇）近日，國際化學領域的頂級期刊Journal of the American Chemical Society《美國化學會志》在線發表了武漢理工大學資源與環境工程學院及矽酸鹽建築材料國家重點實驗室首席教授張高科及其課題組吳曉勇副教授最新的研究成果「Photocatalytic CO2 conversion of M0.33WO3 directly from the air with high selectivity: insight into full spectrum induced reaction mechanism 」 (J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b12928)。
近年來，能源危機和溫室效應日益嚴重，已成為世界兩大難題，光催化作為一種綠色環保的技術，可以直接把CO2轉化成社會所需求的高附加值燃料，從而成為這世界兩大難題有效處理途徑之一。然而，如何有效利用太陽光中的紫外、可見和近紅外光，在常溫、常壓下直接還原空氣中低濃度的CO2為成分較單一的高附加值燃料，成為了光催化CO2還原領域的一大挑戰。
武漢理工大學張高科教授及其課題組吳曉勇副教授研究開發的鹼金屬鎢青銅光催化材料，為實現常溫常壓下，利用紫外、可見和近紅外光，直接將空氣中低濃度CO2還原成成分較單一的高附加值燃料提供了一種新的思路。該研究通過特殊的水釋放溶劑熱法製備出富含不飽和W5+和鹼金屬離子的鎢青銅MxWO3， 其在常溫常壓和紫外、可見以及近紅外光照射下，可直接將空氣中的CO2轉化為成分較單一的甲醇。尤其是經近紅外光照射4小時後，空氣中4.32%的CO2可被還原成甲醇且生成甲醇的選擇性達到98%。更有趣的是，在連續的流動空氣氣氛中，鹼金屬鎢青銅MxWO3仍然保持優良的CO2還原效果，且產物仍然為成分較單一的甲醇。實驗和理論計算結果表明，MxWO3晶體結構中富含的不飽和W5+和佔據六方隧道孔洞的鹼金屬離子使MxWO3擁有非常獨特的電子結構，從而使極子化躍遷增強、空氣中的CO2被選擇性的吸附在其表面而O2則很少被吸附，並可以進一步降低空氣中CO2在其表面的活化能，最終使CO2在空氣中的光催化還原成為可能。該研究工作為人工光合作用的進一步實際應用提供了一種新的可能。
據悉，Journal of the American Chemical Society是國際化學領域的頂級期刊，影響因子14.325，主要報導化學及相關交叉學科的重要研究成果。該論文的第一作者為武漢理工大學吳曉勇副教授和博士研究生李源，張高科教授為第一通訊作者，武漢理工大學趙焱教授和中國科學院孫永福教授分別進行了計算和實驗數據測試分析等合作研究，為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金(No.51472194，No. 21777045 and No.51602237)及國家973課題(2013CB632402)等項目的資助。