同濟(jì)大學(xué)最新研究成果可解決全球溫室效應(yīng) 將CO2轉(zhuǎn)化成甲酸技術(shù)

　化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院趙國華教授課題組，利用一種嶄新的光電催化選擇性還原CO2仿生界面體系，高效、選擇性地將CO2轉(zhuǎn)化成甲酸，這為人們向低能耗、資源化地利用CO2邁出了重要的一步。同濟(jì)科技（600846）是旗下上市公司。

 

　　近日，我校化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院趙國華教授課題組在能源與環(huán)境領(lǐng)域的國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Energy & Environmental Science》上發(fā)表了最新研究成果“A CO2 adsorption-enhanced semiconductor/metal-complex hybrid photoelectrocatalytic interface for efficient formate production” (2016，DOI: 10.1039/C6EE00968A，期刊影響因子25.427)。該研究構(gòu)建了一種嶄新的光電催化選擇性還原CO2仿生界面體系，高效、選擇性地將CO2轉(zhuǎn)化成甲酸，這為人們向低能耗、資源化地利用CO2邁出了重要的一步。課題組博士研究生黃曉峰、沈騏分別為論文的第一和第二作者。

 

 

　　傳統(tǒng)的石油和化石能源的消費(fèi)引起了溫室效應(yīng)和能源短缺等問題，是當(dāng)前人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。在此背景下，低能耗、資源化地利用CO2，將其高效選擇性地轉(zhuǎn)換成液體燃料，實(shí)現(xiàn)了CO2的“反向燃燒”，日益受到各國科研工作者的高度關(guān)注。自然界的綠色植物光合作用中能夠通過Rubisco等關(guān)鍵酶的催化，溫和地將CO2轉(zhuǎn)換成葡萄糖。受此啟發(fā)，仿生光電催化使人們看到了高效轉(zhuǎn)換CO2的可能。 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
 

　　該課題組近年來一直致力于CO2的仿生光合作用研究，在前期發(fā)現(xiàn)高晶面的金屬鈷氧化物Co3O4材料對CO2具有很好的光電催化還原CO2性能和轉(zhuǎn)化效率的研究基礎(chǔ)上 (Environ. Sci. Technol. 2015, 49, 5828−5835；J. Phys. Chem. C 2013, 117, 26432−26440；Appl. Catalys. B: Environ. 2017, 201, 70-76. )，該研究巧妙地將高晶面的Co3O4優(yōu)異光電催化劑、特定結(jié)構(gòu)的金屬釕配合物仿生酶組裝在高比表面積的多孔材料碳?xì)饽z表面，構(gòu)建出CO2人工光合作用的仿生結(jié)構(gòu)反應(yīng)界面。碳?xì)饽z和釕配合物仿生酶協(xié)同增強(qiáng)吸附固定表面的CO2濃度；Co3O4/釕配合物復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑有效吸收太陽光，光照產(chǎn)生電子，并在電場作用下迅速發(fā)生定向轉(zhuǎn)移，將電子傳遞給CO2；CO2接受電子，隨后發(fā)生了2電子的還原過程，選擇性還原轉(zhuǎn)化為甲酸目標(biāo)產(chǎn)物。研究表明，這一仿生催化反應(yīng)能耗低(CO2還原電位僅為-0.45 V Vs NHE)，目標(biāo)產(chǎn)物專一(甲酸選擇性>99%)，反應(yīng)高效(法拉第效率為86%)。研究中采用了原位紅外光譜電化學(xué)技術(shù)、同位素示蹤以及多種光電化學(xué)研究方法，詳細(xì)闡明了仿生界面的能級匹配和電子轉(zhuǎn)移機(jī)制。

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　　上述相關(guān)研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的資助，并得到德國Siegen大學(xué)Nianjun Yang博士的合作與支持。