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我校在人工光合作用二氧化碳还原领域取得新进展

核心提示: 近日,我校理学院陈浩教授领衔的“先进材料与绿色催化”课题组与武汉理工大学余家国教授课题组、澳大利亚昆士兰科技大学许景三副教授课题组合作,在人工光合作用二氧化碳还原领域取得新进展,该成果以“Unique S-scheme Heterojunctions in Self-assembled TiO2/CsPbBr3 Hybrids for CO2 Photoreduction”为题颁发在国际学术期刊Nature Communications上。

南湖多多棋牌招商网讯(通讯员 汪圣尧) 近日,我校理学院陈浩教授领衔的“先进材料与绿色催化”课题组与武汉理工大学余家国教授课题组、澳大利亚昆士兰科技大学许景三副教授课题组合作,在人工光合作用二氧化碳还原领域取得新进展,该成果以“Unique S-scheme Heterojunctions in Self-assembled TiO2/CsPbBr3 Hybrids for CO2 Photoreduction”为题颁发在国际学术期刊Nature Communications上。

研究首次提出一种新型的TiO2/CsPbBr3自组装S型异质结构筑策略,揭示了在光催化过程中该S型异质结材料界面处光生载流子的迁移路径及本质驱动力,探索了复合材料的光催化CO2还原活性增强机制。

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通过人工光合作用将二氧化碳还原成有利用价值的化学产品,不仅能够为能源危机提供新的解决方案,并且能够有效减少生态环境中的二氧化碳的含量。

TiO2作为最经典、最廉价、最常用的光催化材料,被广泛用于光催化还原 CO2制备高附加值的太阳燃料。然而,单一TiO2光生载流子易复合,其光催化效率较低。选择具有合适能带结构的半导体与TiO2复合构建异质结是促进光生载流子定向迁移,解决其易复合猝灭最有效的策略之一。

基于此,研究提出了一种新型的TiO2/CsPbBr3自组装S型异质结用于光催化CO2还原反应。利用静电作用将CsPbBr3量子点均匀地沉积在TiO2纳米纤维表面,实现了复合材料的静电自组装制备。通过理论模拟及原位XPS表征发现,TiO2纳米纤维与CsPbBr3量子点接触前,其费米能级低于CsPbBr3量子点。两者复合后,电子倾向于从CsPbBr3量子点迁移至TiO2,使TiO2和CsPbBr3的能带弯曲,并在两者界面处形成由CsPbBr3指向TiO2的内建电场。在光照下,TiO2和CsPbBr3价带上的电子首先被激发跃迁到导带上,在能带弯曲和内建电场的驱动下,TiO2导带上的电子自发地转移到CsPbBr3价带上与其空穴复合,形成S型异质结。此时,CsPbBr3导带上富集的光生电子用于光还原CO2,TiO2价带上富集的光生空穴用于光氧化H2O,促进光催化CO2还原反应的进行。

通过构筑S型异质结策略,TiO2和CsPbBr3的光生载流子实现定向迁移并得到有效分离,在紫外-可见光照射下,表示出增强的光催化CO2还原活性。该工作可为新型的S型TiO2基光催化复合材料的构筑提供理论参考,对建立高效的光催化CO2光还原体系具有重要的科学价值。

论文第一作者为武汉理工大学徐飞燕博士,我校理学院汪圣尧副教授、武汉理工大学余家国教授、昆士兰科技大学许景三副教授为论文共同通讯作者。

据悉,这是本年我校理学院陈浩教授领衔的“先进材料与绿色催化”课题组在国际学术期刊Nature Communications颁发的第二篇有关光催化CO2还原研究论文。

论文连接1. https://www.nature.com/articles/s41467-020-18350-7  

论文链接2. https://www.nature.com/articles/s41467-020-14851-7 

审核:陈浩

责任编纂:匡敏
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