张金龙Nano Lett.：氟化作用调节TiO2-x的还原电位，从CO2...

tmomo

二氧化碳的光催化还原对于解决现代社会所面临的环境和能源问题具有重要的意义。CO2光还原成燃料如甲烷或甲醇的主要挑战是收率低且选择性差。将二氧化碳光还原成甲烷或甲醇等理想化学品已被广泛认为是减少温室气体过量排放和生产可替代传统化石原料的可再生能源的最有前途的方法之一。目前，由于其具有高的光催化活性和适合的CO2还原和H2O氧化的氧化还原电位，所以关于CO2光还原的许多研究集中在基于TiO2的光催化剂的设计与制备上。最近发现TiO2的带隙能够通过Ti3+和氧空位的自掺杂Ti3+（TiO2-x）来更好地利用太阳能光谱。虽然Ti3+的自掺杂使TiO2的带隙变窄，但它也削弱了电子的还原能力，这大大减缓了八个电子还原CO2生成CH4的反应动力学。因此，非常希望通过开发新型的TiO2-x光催化材料，实现在保持可见光响应的同时又同时具有的强还原电位。虽然这是该领域的重大挑战之一，但最近取得了一些研究进展。

近日，华东理工大学张金龙教授和邢明阳副教授课题组及加州大学河滨分校殷亚东在国际顶级期刊Nano Letters 上发表 “Modulation of the Reduction Potential of TiO2–x by Fluorination for Efficient and Selective CH4 Generation from CO2 Photoreduction”的研究论文。论文第一作者是邢明阳副教授、周易和董春阳。研究人员通过氟化还原态的TiO2-x的介孔单晶来增强光激发电子的还原电势。密度泛函理论计算和光电测试表明，由于取代F构建的内置电场取代表面氧空位，导致光激发电子的还原电位增加，因此Ti3+杂质能级因氟化而发生向上弯曲。因此，在模拟太阳光照射下，还原型TiO2-x的氟化使得CH4产量增加13倍，从0.125至1.63μmol/ g·h，CH4选择性从25.7％提高至85.8％。该研究为从二氧化碳光还原选择性生成CH4提供了一种无贵金属引入的策略。