【引言】

太陽(yáng)能二氧化碳整體分解成碳?xì)浠衔锖脱鯕猓x毅其中水作為質(zhì)子源并介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，外光溫下代表了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)終極“圣杯”技術(shù)。然而，氧化由于紅外光利用和二氧化碳光還原之間不可逾越的碳室矛盾，迄今為止，整體近50％太陽(yáng)能的分解紅外（IR）光從未被利用過(guò)。例如，材料從理論上講，謝毅CO分解為CO和O₂需要1.35 eV，外光溫下這意味著920 nm以上的驅(qū)動(dòng)紅外光不能同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)半反應(yīng)。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，氧化中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)謝毅、碳室孫永福（共同通訊）等人為了突破上述局限性，整體設(shè)計(jì)了超薄中頻帶半導(dǎo)體，分解因此首先實(shí)現(xiàn)了IR驅(qū)動(dòng)的CO₂在單一材料上的整體分解。以合成的超薄立方WO₃層為例，理論計(jì)算結(jié)果表明，產(chǎn)生的氧空位達(dá)到臨界密度后，產(chǎn)生中間帶，可由同步輻射價(jià)帶譜，光致發(fā)光光譜，紫外-可見(jiàn)-近紅外光譜， 和同步輻射紅外反射光譜證實(shí)。結(jié)果，缺氧的WO₃原子層顯示IR驅(qū)動(dòng)的CO₂全部分解成CO和O₂，而其催化活性即使在3天后也沒(méi)有失活。此外，更高的氧空位濃度有利于CO₂吸附和活化成COOH *自由基，因此保證了CO和O₂形成速率的增加。相關(guān)成果以題為“Infrared Light-Driven CO2?Overall Splitting at Room Temperature”發(fā)表在了Joule上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 富V_o的WO₃原子層的表征

（A-D）TEM圖像（A）和高分辨率TEM圖像（B;紅色網(wǎng)格線表示晶格無(wú)序）; （C）對(duì)應(yīng)于（D）中AFM圖像的高度輪廓

（E和F）對(duì)于富V_o的WO₃原子層，貧V_o的WO₃原子層和WO₃原子層的ESR譜（E）和O 1s XPS譜（F）

圖2 光激發(fā)行為與實(shí)驗(yàn)譜帶結(jié)構(gòu)

（A-E）光吸收譜（A）和相應(yīng)的光學(xué)帶隙（B;在2,500nm處的虛線指示數(shù)據(jù)連接的位置）; （C）SRPES價(jià)帶譜和-1.0至2.0eV之間的相應(yīng)放大譜; （D）在785nm激發(fā)下的光致發(fā)光光譜; （E）通過(guò)SRPES光譜測(cè)量的二次電子截止（Ecutoff）

（F）電子譜帶的結(jié)構(gòu)圖示

圖3 CO₂光還原性能

（A）在氮化硅燈照射下以及在黑暗中60℃下的CO和O₂形成速率

（B）¹³CO₂光還原后產(chǎn)物的SVUV-PIMS譜圖

（C）表觀量子效率（％）

（D）CO演變的循環(huán)曲線

（E）CO₂TPD光譜

（F）在富V_o的WO₃原子層上IR光驅(qū)動(dòng)的CO₂還原過(guò)程的原位FTIR光譜

【小結(jié)】

這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)IR驅(qū)動(dòng)的光催化反應(yīng)如水分解和N₂還原開(kāi)辟了新的途徑，從而大大提高了太陽(yáng)能利用效率。

文獻(xiàn)鏈接：Infrared Light-Driven CO2 Overall Splitting at Room Temperature （Joule,2018,DOI:10.1016/j.joule.2018.02.019）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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