光催化劑在CO2轉(zhuǎn)化中的效率創(chuàng)新高

2024-12-27

科學(xué)家一直在尋找有效的方法將二氧化碳（CO2轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)，以此作為減少碳排放和應(yīng)對氣候變化的策略。光催化劑，即能利用光能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的材料，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵工具之一。《先進(jìn)功能材料》最新一期發(fā)布了一項(xiàng)研究成果，表明日本東京科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)合成方法，大幅提升了KGF-9這種光催化劑的性能。

早在2022年，東京科學(xué)研究所就研發(fā)出了一種不含貴金屬的配位聚合物，名為KGF-9。它可以作為一種獨(dú)立的光催化劑，用于將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽。然而，盡管它在選擇性方面表現(xiàn)出色，但其催化活性較低，導(dǎo)致其表觀量子產(chǎn)率也低。

配位聚合物之所以吸引人，是因?yàn)樗鼈兡軌蛲瑫r(shí)具備吸收光和催化CO2還原的功能，并且可以使用地球上豐富的金屬和有機(jī)分子來制造，具有工業(yè)應(yīng)用潛力。

在這項(xiàng)新研究中，團(tuán)隊(duì)采用了微波輔助法，可以在密封容器中用微波加熱溶液。與傳統(tǒng)方法相比，其能夠更均勻地加熱整個(gè)反應(yīng)混合物，從而加快分子運(yùn)動并提高反應(yīng)速度。這不僅將KGF-9的制備時(shí)間從兩天縮短到了1小時(shí)，還帶來了其他顯著的好處。

經(jīng)測試，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用微波輔助法合成的KGF-9細(xì)纖維，擁有更大的比表面積和更好的結(jié)晶度，這大大提高了CO2到甲酸鹽轉(zhuǎn)化的表觀量子產(chǎn)率。具體來說，新合成的KGF-9這一數(shù)字達(dá)到25%，遠(yuǎn)高于之前記錄的2.6%，創(chuàng)下了異質(zhì)光催化劑中的最高紀(jì)錄。

團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，高質(zhì)量、表面缺陷少的KGF-9晶體是此次能破紀(jì)錄的關(guān)鍵因素。而因其成本效益高且用途廣泛，改進(jìn)后的KGF-9將在推動實(shí)現(xiàn)碳中和方面發(fā)揮重要作用。（科技日報(bào)）