人工光合成太阳燃料研究取得新进展
人工光合成太阳燃料指利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电催化将H2O和CO2转化为化学燃料的过程,是科学界的难题。近日,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士与福州大学王绪绪教授课题组合作开发了一种固态Z-机制复合光催化剂,在可见光下将H2O和CO2高效转化为甲烷(天然气),实现了太阳能人工光合成燃料过程,为人工光合成太阳燃料提供了一条新的途径,相关研究论文在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上发表。
本工作用纳米晶(3D-SiC)和二维纳米片(2D-MoS2)通过静电组装技术构筑出了一种万寿菊型纳米花催化剂,其具有二型异质结和Z-scheme半导体构型。这种3D-SiC@2D-MoS2催化剂在可见光照射下表现出高达323μL·g-1·h-1的甲烷产率和620μL·g-1·h-1氧气释放量,在400nm光照下,甲烷的光转化产率达到1.75%。这是目前报道的可见光下CO2用纯水全还原反应的最高产率。此研究过程中可检测到化学计量比例的氧气和甲烷(氧气/甲烷摩尔比接近2),同位素实验也确认了化学计量氧的生成,对于学术界理解和进行人工光合成具有重要借鉴意义。