林璋:单层MOF纳米片实现低浓度CO2光催化还原

youjiang

快速发展的现代工业带来了大量含有CO2的工业废气，造成了全球气候变化等生态环境危机。利用光催化技术，在太阳能的驱动下直接将工业废气中含有的低浓度CO2还原为化工原料或碳基燃料为工业废气资源利用和缓解全球气候变化提供了一个有非常有潜力的解决途径。然而，由于CO2分子的高稳定性和复杂的多电子反应过程，高效高选择性的CO2光催化还原仍然是一个巨大挑战，尤其是在低CO2浓度的反应条件下。因此，实现低CO2浓度条件下的高效高选择性CO2光催化还原具有重要意义。

有鉴于此，华南理工大学林璋教授课题组与福州大学徐艺军教授课题组合作，发展了一种实现低浓度条件下高选择性光催化CO2制CO的单层Ni MOFs催化材料。

该成果发表在Angewandte Chemie，并入选Very Important Paper (VIP)。

在纯CO2氛围下，Ni MOFs单层纳米片表现出97.8%的CO选择性和2.2%的表观量子效率(420 nm)。在低浓度CO2(10%，模拟烟气中的CO2含量)条件下，Ni MOFs表现出96.8%的CO选择性和1.98%的表观量子效率(420 nm)。该效率不仅高于目前文献报道的低浓度CO2还原体系的效率，还超过了大部分在纯CO2氛围下的催化体系的效率，即Ni MOFs单层纳米片成功实现了低浓度下的高效高选择性光催化CO2还原。同构的Co MOFs在低浓度下几乎没有活性，说明在MOFs的金属核心对于该催化体系具有重要作用。

实验数据和DFT计算发现，Co MOFs较NiMOFs具有更好的光生电子传输能力，更低的COOH*活化能垒，但Ni MOFs较Co MOFs有明显更强的CO2亲和能和更弱的H2O亲和能。说明，CO2的吸附是整个过程的关键步骤。

通过合成其它的Ni/Co MOFs, 证明了Ni MOFs在提高CO2还原的选择性方面有普遍的优越性。

总之，这项研究为提高光催化CO2还原的活性和选择性提供了新思路，为实现低浓度CO2还原和废气资源化利用指引了新方向。

参考文献

Bin Han+, Xinwen Ou+,Ziqi Deng, Yao Song, Chen Tian, Hong Deng, Yi-Jun Xu, Zhang Lin,* Ni Metal-Organic FrameworksMonolayers for Photoreduction of Diluted CO2: Metal Nodes-DependentActivity and Selectivity,Angewandte Chemie 2018,10.1002/ange.201811545

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201811545?af=R