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2020-11-05
化石燃料的過(guò)度消耗會(huì)造成不可再生資源的短缺，其燃燒產(chǎn)生的二氧化碳（CO2）也會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題。因此，利用可再生的太陽(yáng)能將CO2轉(zhuǎn)化為一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）等碳基燃料，可在解決環(huán)境問(wèn)題的同時(shí)提出新的能源開(kāi)發(fā)策略。
熱力學(xué)上，將CO2光催化還原為CO和CH4是一個(gè)吸熱反應(yīng)，需要提供較多的電子和質(zhì)子，打破C=O化學(xué)鍵以及形成C-H化學(xué)鍵。同時(shí)，蘊(yùn)含更高能量的CH4是一種潛在太陽(yáng)能燃料。然而，反應(yīng)的高活化能、太陽(yáng)能的低利用率和光生電荷的快速?gòu)?fù)合，仍是造成催化劑催化性能較低和產(chǎn)物選擇性較差的重要原因。
中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所賈宏鵬研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)易的沉積/沉淀法，制備以硫化鎘（CdS）為載體的高分散釕（Ru）單原子催化劑。通過(guò)催化劑調(diào)控Ru負(fù)載量，使其在全光譜照射下展示出較高的甲烷產(chǎn)物選擇性（97.6%）。Ru單原子的引入并未改變CdS的本質(zhì)結(jié)構(gòu)，但提高了催化劑對(duì)CO2的吸附量，促進(jìn)光生電荷的分離效率，有利于CO2轉(zhuǎn)化為CH4。同時(shí)，該催化劑具有較好的光熱轉(zhuǎn)化性能，協(xié)同產(chǎn)生的光熱效應(yīng)可有效提高催化性能，且未改變產(chǎn)物選擇性。該研究為提高太陽(yáng)光利用率以促進(jìn)催化活性提供新策略。
相關(guān)研究成果以Anchoring Single-Atom Ru on CdS with Enhanced CO2 Capture and Charge Accumulation for High Selectivity of Photothermocatalytic CO2 Reduction to Solar Fuels為題，發(fā)表在Solar RRL上。城市環(huán)境所博士生蔡松財(cái)為論文第一作者，研究員賈宏鵬為論文通訊作者。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202000313
論文摘要圖
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