光催化CO2還原成為燃料(例如CO或碳氫化合物)，能夠有效緩解能源和環(huán)境問題。與分子絡(luò)合物催化的均相過程相比，非均相過程可能對光催化CO2還原更有利，其中CO2的還原直接發(fā)生在催化劑和分散介質(zhì)之間的界面上。
盡管在固-液模式下CO2光還原方面取得了顯著進展，但由于CO2在液體中的溶解度有限，以及產(chǎn)物溶于液體時難以分離，因此仍然存在催化活性低的問題。在固體-氣體界面上的光還原，其中固體催化劑沉積在載體上并暴露于由CO2和H2O(提供質(zhì)子和電子)組成的活性氣體中，能夠克服上述問題。然而，在固體氣體體系中探索高效光催化系統(tǒng)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計具有高CO2吸附能力和能夠?qū)崿F(xiàn)強入射光吸收和高效電荷分離的光催化劑迫在眉睫。近日，山東大學(xué)魏璟婧課題組通過亞胺(TAPT和DMTA)縮聚反應(yīng)在液-液界面自組裝CdSe/CdS膠體納米棒，制備出具有雙層殼結(jié)構(gòu)的微細多孔納米復(fù)合材料(TAPT-DMTA/NR40-H)。該催化劑的雙層結(jié)構(gòu)能夠增強可見光吸收、微觀層狀多孔結(jié)構(gòu)提高了CO2吸收能力，以及納米棒的大長徑比實現(xiàn)高效光生電荷分離，因此所制備的催化劑表現(xiàn)出高的CO2光還原活性，CO產(chǎn)率高達64.6 μmol g-1h-1；即使在四個催化循環(huán)之后，所制備的催化劑對CO2光還原仍保持活性，并且它們的形態(tài)在催化循環(huán)之后沒有顯示任何變化，證實了它們在固體氣體體系CO2光還原過程中的優(yōu)異耐久性。此外，研究人員利用DRIFTS光譜追蹤在可見光照射下催化劑表面CO2的吸附、活化和還原過程中的反應(yīng)中間體。結(jié)果表明，在催化劑中生成的COOH*中間體可能是CO2光還原過程中產(chǎn)生CO的原因。值得注意的是，用TAPA或TAPB取代TAPT單體，同時保持其他條件不變，分別得到了TAPA-DMTA/NR40-H或TAPB-DMTA/NR40-H的納米復(fù)合材料。CO2光還原實驗顯示，TAPA-DMTA/NR40-H和TAPB-DMTA/NR40-H的CO形成速率分別為10和15.8 μmol g-1 h-1，遠低于TAPT-DMTA/NR40-H納米復(fù)合材料。此外，TAPT-DMTA/NR40在結(jié)晶前的催化性能較差，表明聚合物對催化劑的有效結(jié)晶是至關(guān)重要的。Encapsulated CdSe/CdS Nanorods in Double-shelled Porous Nanocomposites for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34263-z
