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光催化科技前沿（一）

為給廣大科研工作者提供全新的行業(yè)動(dòng)態(tài)和科研思路，中教金源會(huì)不定期推出科技前沿系列，將包括全新具有影響力的行業(yè)文獻(xiàn)匯總，各個(gè)研究領(lǐng)域綜述，實(shí)驗(yàn)儀器方法使用總結(jié)。

參考文獻(xiàn)均為采用中教金源產(chǎn)品發(fā)表的文章。

這是第一期文獻(xiàn)前沿匯總，包含了光電催化，光催化還原CO2，環(huán)境吸附系列。

光電催化系列：

水裂解產(chǎn)氫是獲得清潔化氫能源的重要手段，光電化學(xué)水裂解雖然歷經(jīng)數(shù)十年研究，仍然存在一系列問(wèn)題。其中一個(gè)瓶頸問(wèn)題就是，缺乏高效、穩(wěn)定、廉價(jià)易得的光電極，無(wú)法同時(shí)滿足高效、穩(wěn)定、低成本三大指標(biāo)。

  有鑒于此，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel和Jingshan Luo團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于Cu2O納米線的廉價(jià)、高效、穩(wěn)定的光電陰極。研究人員首先制備Cu2O納米線，然后同軸包裹Ga2O3納米線，構(gòu)建包覆于內(nèi)的p-n結(jié)，之后通過(guò)ALD策略同軸包裹TiO2保護(hù)層，得到光電陰極材料。

  這種光電陰極可在整個(gè)可見光區(qū)高效捕獲太陽(yáng)光（超過(guò)600 nm），外部產(chǎn)氫量子產(chǎn)率接近80%。起始光電流超過(guò)+1V（vs RHE），光電流密度可達(dá)到10 mA cm-2（0 V，vs RHE）。

光催化還原CO2系列：

  甲醇具有較高的體積能量密度，是重要的化工原料及能源載體，有望在未來(lái)取代石油和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料。熱催化二氧化碳加氫是工業(yè)上制備甲醇的重要途徑之一，為了實(shí)現(xiàn)較高的選擇性和產(chǎn)率，該熱催化反應(yīng)必須在高壓條件下進(jìn)行。常壓條件下高效二氧化碳加氫合成甲醇仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外，如果能夠利用太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)該反應(yīng)，將可再生太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲(chǔ)存于甲醇中，對(duì)于解決能源危機(jī)和減緩溫室效應(yīng)具有重要的意義。然而，現(xiàn)有光催化材料常壓條件下催化二氧化碳加氫合成甲醇的產(chǎn)率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用的需求。

  蘇州大學(xué)張曉宏教授團(tuán)隊(duì)與多倫多大學(xué)Geoffrey Ozin教授團(tuán)隊(duì)合作在光催化還原二氧化碳領(lǐng)域的新研究成果，首次報(bào)道了富缺陷棒狀氧化銦納米晶超結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)常壓條件下光催化二氧化碳加氫合成甲醇，其催化活性是已報(bào)道較高活性的120倍，并具有較高的選擇性（50%）和穩(wěn)定性，為發(fā)展常壓條件下光催化二氧化碳加氫合成甲醇的技術(shù)提供了新的思路。

文章信息：

Wang, L.; Ghoussoub, M.; Wang, H.; Shao, Y.; Sun, W.; Tountas, A. A.; Wood, T. E.; Li, H.; Loh, J. Y. Y.; Dong, Y.; Xia, M.; Li, Y.; Wang, S.; Jia, J.; Qiu, C.; Qian, C.; Kherani, N. P.; He, L.; Zhang, X.; Ozin, G. A., Photocatalytic Hydrogenation of Carbon Dioxide with High Selectivity to Methanol at Atmospheric Pressure. Joule.

環(huán)境吸附系列：

  NO2是非常常見的空氣污染物。過(guò)去人們開發(fā)了很多材料，諸如分子篩，介孔硅，金屬氧化物，活性炭等，來(lái)吸附NO2，但是這些材料對(duì)NO2吸附的能力有限，且NO2非?；顫姡苋菀着c這些客體材料發(fā)生作用，進(jìn)而發(fā)生不可逆的吸附作用。此外，對(duì)于NO2與客體材料表面位點(diǎn)之間的相互作用以及納孔中NO2-NO2之間的相互作用，目前機(jī)理仍不明確，鮮有實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

    MOFs作為一種熱門的固體吸附劑，可以從空氣中分離水，從乙烯中分離乙炔等，但是目前還沒(méi)有報(bào)告研究MOFs對(duì)NO2的等溫吸附。

本文報(bào)道的MFM-300(Al)材料，表現(xiàn)出前所未有的可逆吸附NO2的性能（常   溫常壓下最多可以吸附14.1?mmol?g?1）。這種材料不論在干燥潮還是濕條件下，甚至是SO2和CO2存在的條件下，均可以高選擇性吸附NO2（5000 to <1 ppm）。吸附NO2的 MFM-300(Al) 材料可以在不損失結(jié)晶性和孔道結(jié)構(gòu)的前提下完全重生。

文章信息：

Han, X.; Godfrey, H. G. W.; Briggs, L.; Davies, A. J.; Cheng, Y.; Daemen, L. L.; Sheveleva, A. M.; Tuna, F.; McInnes, E. J. L.; Sun, J.; Drathen, C.; George, M. W.; Ramirez-Cuesta, A. J.; Thomas, K. M.; Yang, S.; Schr?der, M., Reversible adsorption of nitrogen dioxide within a robust porous metal–organic framework. Nature Materials 2018.