清华/华工/桂理ACS Catal.: Ni-C-In中C与Ni团簇不对称相互作用，增强光热催化CO2转化

随着化石燃料的过度消耗，CO₂的过度排放和能源的短缺已成为全球关注的严峻的问题。在这种背景下，太阳能驱动的CO₂转化为燃料或增值化学品已成为促进实现碳循环过程的绿色和可持续能源转化技术之一。光热催化(PTC)是一个新兴的研究领域，它巧妙地结合了光催化和热催化的优点，依靠吸光材料的光热转化特性在催化区域产生局部高温，从而驱动光热催化CO₂加氢。

然而，从所报道的光热催化系统来看，太阳光驱动的CO₂转化通常需要强烈的光照射(超过2 W cm^-2，20 suns)将催化剂加热到足够的高温(约200-400 °C)，这无疑降低了太阳能利用效率。为了解决这一问题，设计具有更高吸光度的光热功能催化剂必须产生足够的光热效应，同时还要有创新的光热反应装置，降低驱动光热催化反应所需的光强度。

近日，清华大学李俊华、华南理工大学叶代启、江苏中创清源科技有限公司李兵和桂林理工大学周小斌等开发了一种绕着菲涅耳透镜的太阳能驱动的光热催化技术，并将其用于在模拟太阳辐射或室外太阳光条件下的没有额外热量输入的CO₂加氢。

结果显示，采用碳修饰策略制备的Ni/C-In₂O₃催化剂在44.6 mW cm^-2太阳辐照(浓度在1521.9 mW cm^-2左右)下，光热CO₂转化率为33.26%，CO产率为20.96 mmol g^-1 h^-1，能量转换效率高达26.1%，CO选择性达到100%，同时在光热催化下表现出较好的SO₂耐受性。

准原位XPS光谱和密度泛函理论(DFT)计算表明，掺杂C不仅进一步调节了催化剂的化学组成和局部配位环境，而且更有利于强烈的太阳光吸收和光生电子-空穴对的分离和传递能力。

同时，在反应条件下，间隙C与暴露的Ni团簇之间的协同作用对H₂解离和CO₂活化起重要作用，Ni团簇与C原子之间的对称相互作用降低了H₂的解离能垒，提供了更多的质子来参与HCOO*中间体向*CO的关键转化，加速反应进行。

综上，这项工作在分子水平上揭示了间隙C原子在光热CO₂加氢中的作用，为光热CO₂加氢的机理研究和指导合成具有有效的太阳能-化学能转换的高性能催化剂提供了重要的理论参考。

Asymmetric interaction between carbon and Ni-cluster in Ni-C-In photothermal catalysts for point-concentrated solar-driven CO₂ reverse water-gas shift reaction. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.4c05916

清华/华工/桂理ACS Catal.: Ni-C-In中C与Ni团簇不对称相互作用，增强光热催化CO2转化

相关推荐