光催化还原成果为新能源存储材料研究破题

科技日报记者 赵汉斌

记者15日从云南大学材料与能源学院了解到，该院云南省先进能源材料国际联合研究中心郭洪教授团队近期在新能源存储材料领域取得突破性进展，国际著名期刊《化工学报》发表了相关研究成果。

光催化还原机制示意图。（图片来源：云南大学）

近年来，化石燃料的过度使用，已经引起了全球的能源危机及环境问题，极大地阻碍了人类社会的可持续发展。

“过量二氧化碳排放，导致严重的环境和能源问题，如煤和石油等传统化石燃料而导致的温室效应恶化等。通过光催化的太阳能驱动二氧化碳还原，是目前公认的解决能源短缺和过量二氧化碳排放问题的最有效策略之一。”论文通讯作者郭洪教授介绍。但是，由于羰基裂解能高，光转化二氧化碳也远没有在实际应用中得到普及。此前的研究表明，二维纳米材料因其特殊的形态结构，具有高还原性。

为促进实现碳达峰碳中和的可持续发展目标，在课题组前期研究基础上，郭洪教授提出，结合材料中空结构形貌构筑双金属位点和富硫空位的优点，设计了具有改进的可见光光催化剂活性以催化还原二氧化碳的石墨相氮化碳富硫空位的一种超薄纳米片异质结构，显著提高了光催化还原二氧化碳生成碳氢化合物的选择性和活性。

这种纳米薄片中，硫空位的引入产生的双金属位点，使催化剂具备了电化学还原二氧化碳反应中对产物碳氢化合物较高的选择性；而石墨相氮化碳的中空球壳结构，则可以通过增大可见光在腔体内的反射次数，提高可见光的利用率，从而对催化剂的性能进行优化。并且，通过原位红外与密度泛函理论计算，明确了电化学还原二氧化碳反应中对碳氢化合物有显著选择性的机制。

这项研究，为开发低成本与持久循环稳定性、高活性和选择性的二氧化碳催化转化提供了一种新策略。