SMALL,黑磷基催化資料的設計及光催化還原CO2應用

光催化還原CO2合成太陽能燃料過程由於其獨特的優勢被認為是擺脫上述困境的有效途徑之一。對此,本文從光催化還原CO2的基本原理出發,詳細討論了黑磷基資料的合成、結構、效能及光催化還原過程。圖1.黑磷基光催化資料的設計及光催化還原CO2應用。

文章資訊

黑磷基催化資料的設計及光催化還原CO2應用

第一作者:趙國慶

通訊作者:焦飛鵬*

組織:中南大學

研究背景

能源短缺和溫室效應是擺在人們面前不可回避的兩大難題,如何將CO2資源化轉化為高附加值的太陽能燃料成為當前研究的熱點話題。光催化還原CO2合成太陽能燃料過程由於其獨特的優勢被認為是擺脫上述困境的有效途徑之一。

黑磷作為資料的“新星”能够有效地將CO2分子催化轉化為CO,CH4,CH3OH等分子,這為光催化還原CO2開闢了新的機遇。對此,本文從光催化還原CO2的基本原理出發,詳細討論了黑磷基資料的合成、結構、效能及光催化還原過程。

此外,光催化還原過程的影響因素和光催化過程機制也進行了詳細分析討論。最後對黑磷基光催化資料的發展前景及面臨的挑戰作了簡要展望。

文章簡介

基於此,來自中南大學的焦飛鵬教授團隊在國際知名期刊Small上發表題為“A Critical Review on Black Phosphorus-Based Photocatalytic CO2 Reduction Application”的綜述文章。

本文綜述了黑磷基光催化劑用於CO2還原的最新進展;闡述了光催化還原CO2的基本原理,黑磷基光催化劑的設計合成方法、結構性質及光催化還原過程機制;並對影響因素和催化反應機理進行了剖析總結;最後對黑磷基光催化資料的發展前景及面臨的挑戰作了簡要展望。

圖1.黑磷基光催化資料的設計及光催化還原CO2應用。

本文要點

要點一:光催化還原CO2基本原理

CO2是一種惰性分子,如果想破壞其分子結構中的C=O鍵形成新的C-O鍵則需要巨大能量。相比於傳統的CO2催化活化(大多數需要高溫高壓條件)科技相比,光催化則是一種極其溫和的催化過程,其催化過程的能量主要由廉價太陽能提供。

其基本原理為電晶體吸收到有效光子能量之後,其光生電子能够參與2-8電子過程反應生成CO,CH4,HCOOH,CH4等太陽能燃料。

要點二:黑磷光催化劑的結構及合成策略

黑磷是一種由多層單層黑磷片堆疊形成的正交晶型資料,其具有非常穩定的結構,廣泛應用光催化等研究領域。相較於傳統高溫高壓合成方法而言,現時也相繼開發了多種合成策略。

鑒於此,作者系統總結了化學氣相沉積法、機械剝離或液體剝離法、水熱合成法、球磨法和電化學剝離法等方法在合成黑磷資料方面的應用。

要點三:黑磷基光催化還原CO2過程機制及影響因素

作者系統闡述了黑磷基光催化還原CO2的過程機制並分析了其催化過程的影響因素。總結發現,複合材料的能帶結構以及光生載流子的分離在光催化還原CO2過程中扮演主要的作用。

要點四:前瞻

儘管黑磷基光催化劑在光催化還原CO2研究中已經取得了不錯的研究進展,但此類催化劑在研究過程中還存在複合材料結構穩定性差、催化機理不清晰等問題需要解决。對此,可以嘗試從以下幾個方面研究著力解决存在的問題:

其一,通過構築雜化資料能策略提升光催化資料的化學結構穩定性;

其二,借助現代儀器表徵科技鑒定催化過程的活性位點分佈,理清光催化還原過程機制;

其三,嘗試新的合成科技或手段製備性能優异的黑磷基光催化劑;其四,通過構築異質結、負載貴金屬等策略抑制光生載流子複合效率,提升光催化效能。

文章連結

A Critical Review on Black Phosphorus-Based Photocatalytic CO2 Reduction Application

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202102155

原文刊載於【科學資料站】公眾號

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資料標籤: 光催化
本文標題: SMALL,黑磷基催化資料的設計及光催化還原CO2應用
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656049917031170
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