香港城市大学 吴博士和他的团队通过用铜基金属有机框架包裹氧化亚铜合成了一种新的光催化剂
学分:香港城市大学 二氧化碳是导致全球变暖的主要温室气体之一
如果二氧化碳可以转化为能源，这将在解决环境问题上一举两得
由香港城市大学领导的一个联合研究小组开发了一种新的光催化剂，这种光催化剂可以利用太阳光从二氧化碳中选择性地、有效地产生甲烷燃料
根据他们的研究，在反应过程的前8小时，甲烷的产量几乎翻了一番
这项研究是由Dr
吴蕴豪，能源与环境学院副教授，与澳大利亚、马来西亚和英国的研究人员合作
他们的发现最近发表在科学杂志Angewandte Chemie上，标题为“金属-有机框架修饰氧化亚铜纳米线用于长寿命电荷选择性光催化CO2还原为CH4”
受自然启发的光催化 “受自然界光合作用的启发，二氧化碳现在可以通过我们新设计的太阳能催化剂有效地转化为甲烷燃料，这将降低碳排放
此外，这种新的催化剂是由铜基材料制成的，这是丰富的，因此负担得起，”博士说
纳克
他解释说，用光催化剂将二氧化碳转化为甲烷在热力学上是有挑战性的，因为化学还原过程涉及同时转移八个电子
对人体有害的一氧化碳在这个过程中更常见，因为它只需要转移两个电子
他指出，氧化亚铜(Cu2O)是一种半导体材料，在不同的研究中，它被用作光催化剂和电催化剂，将二氧化碳还原成一氧化碳和甲烷等其他化学产品
然而，它在还原过程中面临几个限制，包括其较差的稳定性和导致形成各种产品阵列的非选择性还原
从混合物中分离和纯化这些产物是非常具有挑战性的，这给大规模应用带来了技术障碍
此外，氧化亚铜在短暂光照后很容易被腐蚀，并演变成金属铜或氧化铜
图一显示了铜丝，氧化亚铜纳米线和氧化亚铜的图像
图b、c和d分别是它们的扫描电子显微镜图像
信用:DOI: 10
1002/anie
202015735 纯甲烷的选择性生产 为了克服这些挑战
Ng和他的团队通过用铜基金属有机框架包裹氧化亚铜合成了一种新型光催化剂
使用这种新的催化剂，研究小组可以操纵电子的转移，并选择性地产生纯甲烷气体
他们发现，当与不含MOF壳的氧化亚铜相比时，含MOF壳的氧化亚铜在可见光照射下稳定地将二氧化碳还原成甲烷，产率几乎翻倍
此外，氧化亚铜与财政部的外壳更耐用，最大二氧化碳吸收是几乎7倍的裸氧化亚铜
二氧化碳吸收增加 研究小组将一维氧化亚铜纳米线(直径约为400纳米)封装在厚度约为300纳米的铜基多孔膜外壳中
这种在氧化亚铜上的共形涂层不会阻碍催化剂的光收集
此外，MOF是一种很好的二氧化碳吸附剂
它为二氧化碳的吸附和还原提供了相当大的表面积
由于它紧密附着在氧化亚铜上，它使吸附在催化活性位点附近的二氧化碳浓度更高，加强了二氧化碳和催化剂之间的相互作用
此外，该小组发现氧化亚铜是稳定的保形涂层的财政
光照下氧化亚铜中的激发电荷可以有效地迁移到多孔膜中
通过这种方式，避免了催化剂内激发电荷的过度积累，从而延长了催化剂的使用寿命
与在第五次运行中失去其固有活性的裸露氧化亚铜样品相比，具有多孔质壳的氧化亚铜保留了69
五次运行后，甲烷生产效率为原始效率的2%
信用:DOI: 10
1002/anie
202015735 电子留在多金属氧化物燃料电池中，发生化学反应的可能性更高 医生
同样来自SEE的该论文的第一作者吴浩指出了这项研究的一个亮点，并说:“通过使用先进的时间分辨光致发光光谱，我们观察到，一旦电子被激发到氧化亚铜的导带，它们将直接转移到MOF的最低未占据分子轨道(LUMO)并停留在那里，但没有迅速返回到它们的价带，这是较低的能量
这创造了一个长期的电荷分离状态
因此，留在多金属氧化物燃料电池中的电子将有更高的机会发生化学反应
" 扩展了对金属硫化物和金属氧化物之间关系的理解 以前，人们普遍认为光催化活性的提高仅仅是由多异氰酸酯的反应物浓度效应引起的，而多异氰酸酯仅起反应物吸附剂的作用
然而，博士
在这项研究中，Ng的团队揭示了激发电荷是如何在氧化亚铜和金属氧化物之间迁移的
“事实证明，随着它改变电子途径，多器官功能衰竭在形成反应机制方面发挥着更重要的作用，”他说
他指出，这一发现扩展了对金属硫化物和金属氧化物之间关系的理解，超越了它们传统的物理/化学吸附类型的相互作用，促进了电荷分离
该团队花了两年多的时间来开发这种有效的转化二氧化碳的策略
他们的下一步将是进一步提高甲烷生产率，并探索扩大催化剂合成和反应器系统的方法
“在将二氧化碳转化为甲烷的整个过程中，我们唯一使用的能量输入是阳光
我们希望在未来，工厂和运输中排放的二氧化碳可以被“回收”来生产绿色燃料
纳克
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