我國二氧化碳轉(zhuǎn)化燃料方面取得進展

在國家自然科學(xué)基金等項目的資助下，南京大學(xué)鄒志剛課題組利用人工光合成反應(yīng)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳氫化合物燃料，這在利用光催化反應(yīng)實現(xiàn)碳的循環(huán)利用方面具有積極的意義，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期的Angew.Chem.Int.Ed.和J.Am.Soc.Chem.雜志上。

近年來，全球氣候變化的矛頭直指CO2。如何探索有效地控制大氣中CO2的含量，引起了有關(guān)環(huán)境、材料、化學(xué)等多學(xué)科科學(xué)家的極大興趣。一些科學(xué)家也在探索如何變廢為寶，利用CO2作為能源來源。一種可能的技術(shù)路徑是在常溫常壓下，利用光催化材料將CO2高效轉(zhuǎn)化為碳氫化合物，如甲烷等碳氫化合物燃料。

但是，打散CO2分子并合成燃料用碳氫化合物需要耗費大量能量。因此，開發(fā)高效太陽能轉(zhuǎn)換光催化材料已成為當(dāng)前國際材料領(lǐng)域為解決能源和環(huán)境問題所進行的重大前沿科學(xué)探索之一。

光催化材料可以分成第一代和第二代，第一代光催化材料主要是紫外光響應(yīng)型，其典型的代表材料是TiO2。第一代光催化材料只能利用太陽光中的紫外光，而紫外光只占太陽光能量的4%左右，可見光（400～750nm）卻占太陽光能量的43%。早在2001年，鄒志剛等人發(fā)現(xiàn)了In0.9Ni0.1TaO4光催化材料并應(yīng)用于光解水制氫，實現(xiàn)了將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，論文發(fā)表于《自然》雜志。該工作發(fā)展了一種全新的具有可見光活性的新型復(fù)雜氧化物催化體系，代表了第二代可見光響應(yīng)型光催化材料體系研究的開始。

此后，鄒志剛課題組又成功地開發(fā)了一系列新的材料體系。此次，課題組及其合作者利用介孔NaGaO2膠體為模板，通過離子交換方法，在室溫下成功合成出了ZnGa2O4介孔光催化材料。將介孔ZnGa2O4用于CO2的光還原，成功地實現(xiàn)了將CO2轉(zhuǎn)化為碳氫化合物燃料。

該課題組還采用溶劑熱法，合成出數(shù)百微米長、厚度僅為7nm（相當(dāng)于5個晶胞厚度）、長/徑比高達10000的Zn2GeO4單晶納米帶。由于Zn2GeO4具有一維單晶納米結(jié)構(gòu)，從而極大地降低了電子和空穴的復(fù)合幾率，在CO2光還原轉(zhuǎn)化為碳氫化合物燃料反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的催化活性。

據(jù)悉，拓寬光催化材料的光響應(yīng)范圍，提高CO2轉(zhuǎn)化為碳氫化合物燃料的效率是科學(xué)家下一步研究的目標(biāo)。

來源：科技日報 作者：陳歡歡

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