余家国: 天然催化剂可见光催化还原CO2

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利用半导体参与的光催化策略将温室气体CO2转化为高附加值燃料的同时降低其含量，是解决能源短缺和温室效应问题的理想方法之一。分级中空结构在光催化还原CO2中得到广泛应用，由于其能赋予光催化剂更高密度的表面暴露活性位点以加速CO2吸附，降低从体相到表面的扩散长度以促进光生电荷载流子的分离以及通过内部多光散射和反射提高可见光捕获性能。具有多种尺度和分级形态的生物材料引起了研究人员的极大兴趣。在各种生物材料中，具有均匀碳骨架的花粉由于其大孔隙体积、高表面积和独特的3D网络结构而被应用于各种领域。与传统的化学合成相比，花粉衍生材料的制备过程也更加经济环保。

近日，香港中文大学王保强教授、武汉理工大学余家国教授、广东工业大学安太成教授等制备了一种非金属生物材料——分级改性油菜花粉(TRP)作为可见光催化还原CO2的催化剂，并在Energy & Environmental Science上发表了题为“Nature-Based Catalyst for Visible-Light-Driven Photocatalytic CO2 Reduction”的研究论文。论文的第一作者为姜志锋博士。所述TRP催化剂在不使用助催化剂或牺牲试剂的情况下，一氧化碳(CO)的生成速率可达到488.4 μmol·h-1·g-1，选择性可达到98.3%，420nm处量子效率超过6.7%。且TRP催化剂的CO生成速率远高于常见的光催化剂，如g-C3N4(16.6μmol·h-1·g-1，高29.4倍)和P25 TiO2 (19.1μmol·h-1·g-1，高25.6倍)，是已报道的碳基光催化剂中最高的。原位傅里叶变换红外光谱分析揭示甲酸是主要的中间体。上述天然的可持续光催化剂可以为设计具有突出的可见光驱动还原CO2性能的非金属催化剂提供新的视角。