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哈工大團隊開發新催化劑 實現空氣中二氧化碳的捕獲和轉化
2023-11-06 哈爾濱工業大學官網

  近日,哈工大化工與化學學院李英宣課題組開發出高效光-熱協同催化劑,實現空氣中二氧化碳(CO2)的捕獲和轉化,研究成果以《在鉑負載鎳基金屬有機框架上運用雙活性位點協同作用 實現熱輔助紅外光催化轉化大氣中的CO2》(Synergistic Interplay of Dual-Active-Sites on Metallic Ni-MOFs Loaded with Pt for Thermal-Photocatalytic Conversionof Atmospheric CO2 under Infrared Light Irradiation)為題發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該串聯催化方案減少了CO2分離、儲存、運輸和捕獲介質再生中的高耗能環節,為推動CO2減排技術創新提供借鑒。

  目前,人類活動產生的大部分CO2都直接排放到了大氣中,導致大氣中CO2的濃度由工業化前的百萬分之280,升高至當前的百萬分之416以上。直接將空氣中的CO2轉化為燃料或高值化學品是解決溫室效應的有效途徑之一。但由于空氣中超低濃度的CO2難以吸附和活化,直接轉化成本高且挑戰性強。

  受光合作用啟發,在前期光-熱協同催化還原CO2研究(曾發表于《自然通訊》和《德國應用化學》)基礎上,李英宣課題組開發了多功能-鉑負載鎳基金屬有機框架-光催化劑,不僅可選擇性地從空氣中捕獲超低濃度的CO2(吸附量達到0.987毫摩爾每克),而且還可將富集的CO2原位轉化為高附加值的CO和CH4,在940納米波長處的量子效率達到創紀錄的9.57%,突破了紅外光難以高效利用的局限。同時,該研究還深入探討反應過程中光-熱協同、鉑-鎳雙位點協同作用的微觀機制,為熱輔助光催化還原CO2提供新思路。

  哈工大為論文唯一通訊單位?;づc化學學院博士研究生馬維敏(與陜西科技大學聯合培養)為論文第一作者。哈工大化工與化學學院孫凈雪副教授、李英宣教授為論文共同通訊作者?;づc化學學院博士研究生姚舜禹、本科生王宇濤、陳剛教授,陜西科技大學樊國棟教授參與相關研究工作。

  該研究獲得國家自然科學基金項目和哈工大科研啟動經費的支持。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202313784

光-熱協同催化轉化空氣中的CO2機理圖

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