通訊作者：Dongyun Chen，Jianmei Lu光催化CO2還原可以實(shí)現(xiàn)以節(jié)能環(huán)保的方式利用溫室氣體CO2作為資源，其中需要合適的催化材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高效催化。催化劑表面活性位點(diǎn)不足和電子轉(zhuǎn)移受阻嚴(yán)重限制了光催化性能。因此，多孔氣凝膠由包含不同比例的 Ni-Co 雙金屬氫氧化物 (NixCoy) 的復(fù)合材料構(gòu)建而成，該復(fù)合材料使用簡(jiǎn)便的原位生長(zhǎng)方法在還原的氧化石墨烯 (GR) 上生長(zhǎng)成分級(jí)納米片陣列結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以暴露許多活性位點(diǎn)以增強(qiáng)吸附誘導(dǎo)的光催化 CO2 還原。 且在Ni-Co雙金屬氫氧化物的協(xié)同作用下，CO2吸附能力和載流子分離轉(zhuǎn)移性能優(yōu)異。 使用簡(jiǎn)單的原位生長(zhǎng)方法，合成了一系列 NixCoy-GR 層狀納米復(fù)合材料，在反應(yīng)過(guò)程中進(jìn)一步組裝成多孔氣凝膠結(jié)構(gòu)。摻雜Co金屬顯著提高了單金屬催化劑的催化性能。 Ni7Co3-GR 催化劑具有最高的 CO 產(chǎn)率和最佳的 CO 選擇性，在沒(méi)有光敏劑的情況下使用 Ni7Co3-GR 催化劑，CO 釋放率高達(dá) 941.5 μmol h-1 g-1，選擇性為 96.3%。因其通過(guò)在 GR 上共負(fù)載 Ni-Co 氫氧化物納米片陣列形成的多孔氣凝膠結(jié)構(gòu)提供了大量的催化活性位點(diǎn)，從而增強(qiáng)了 CO2 的吸附能力。在這項(xiàng)工作中，展示了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)構(gòu)建具有成本效益的光催化材料，以便在沒(méi)有光敏劑的情況通過(guò)Ni-Co雙金屬氫氧化物的協(xié)同催化來(lái)增強(qiáng) CO2 的光催化還原。 合適的Co(OH)2納米片可以作為空穴收集器，而Ni(OH)2納米片可以作為電子匯和還原活性位點(diǎn)。 因此，光生電子/空穴對(duì)被分離以提供電荷載流子的出色轉(zhuǎn)移。在光催化CO2還原實(shí)驗(yàn)中，這項(xiàng)工作展示了一種簡(jiǎn)便且新穎的合成策略，用于制備具有豐富催化活性位點(diǎn)的二維光催化劑，用于高效光催化還原 CO2。
方案 1. 多孔氣凝膠催化劑的制備示意圖，其中 Ni-Co 雙金屬氫氧化物納米片陣列在石墨烯上生長(zhǎng)。
圖1. a-i) GO (a)、Ni(OH)2-GR (b)、Co(OH)2-GR (c) 和不同 NixCoy-GR 復(fù)合催化劑 (d-i) 的 SEM 圖像。
圖2. a-c) Ni(OH)2-GR（左）和 Co(OH)2-GR（右）（a）和 Ni7Co3-GR（b，c）的 TEM 圖像。d) HAADF-STEM 圖像，e) 元素圖，和 f) Ni7Co3–GR 的 HRTEM 圖像。
圖3. a) XRD 圖案和 b) 具有不同 Ni/Co 比的 NixCoy-GR 復(fù)合材料的 XPS 測(cè)量光譜。c-f) Ni7Co3-GR 的高分辨率 XPS 光譜：c) C 1s，d) O 1s，e) Ni 2p，和 f) Co 2p。
圖4. a) Ni7Co3-GR 氣凝膠的宏觀(guān)和微觀(guān)結(jié)構(gòu)以及不同催化劑的 N2 吸附-解吸等溫線(xiàn)。b) 不同催化劑在 25 °C 下的 CO2 吸附等溫線(xiàn)。
圖5. a) 不同催化劑在光催化還原 CO2 中的性能。b) 不同反應(yīng)條件對(duì)CO2光催化還原的影響。c) NixCoy-GR 催化劑上 CO 的光催化產(chǎn)率隨時(shí)間變化。d) Ni7Co3-GR 催化劑的重復(fù)實(shí)驗(yàn)。e) 與報(bào)道的不同光催化劑性能的比較。
圖6. a) 各種光催化劑的穩(wěn)態(tài) PL 光譜。b) 不同光催化劑的光電流響應(yīng)曲線(xiàn)。c) Ni7Co3-GR 光催化劑的 Mott-Schottky 圖。d) Ni7Co3–GR 的價(jià)帶 XPS 光譜。
方案 2. Ni7Co3-GR 樣品上 CO2 的光還原機(jī)制示意圖。Wang M, Chen D, Li N, et al. Ni-Co Bimetallic Hydroxide Nanosheet Arrays Anchored on Graphene for Adsorption-Induced Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction. Adv Mater, 2022: e2202960. https://doi.org/10.1002/adma.202202960
