近日，材料与能源学院（云南省先进能源材料国际联合研究中心）郭洪教授团队以云南大学为唯一通讯单位，在国际期刊Applied Catalysis B: Environmental （影响因子24.319）发表新能源存储材料最新重要进展“Understanding dual-vacancy heterojunction for boosting photocatalytic CO₂ reduction with highly selective conversion to CH₄”(https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121679) ，硕士研究生蒋静雯为论文第一作者，郭洪教授为通迅作者。    

近年来，化石燃料的过度使用已经引起了全球的能源危机及环境问题，极大地阻碍了人类社会的可持续发展。 选择性还原作为温室气体主要成分的CO₂受到光催化领域的广泛关注。但是，由于C=O（~750 kJ /mol）裂解能高，光转化CO₂远没有在实际应用中得到普及。同时，从动力学角度来看，CH₄需要8个电子才能形成，这比CO₂的双电子还原为CO要困难得多。目前的研究大多局限于单个缺陷催化剂，其表面活性位点少且单一，在CO₂中只倾向于吸附C或O原子，结合能非常弱，与CO₂中高度稳定的C-O键相比，T-C或T-O键（其中T代表传统的活性位点）的强度相对较弱，易于裂解。因此这些传统光催化剂仍然存在CH4选择性和转化率低的问题。

基于目前的研究现状以及面临的问题，为实现“碳达峰”“碳中和”的可持续发展目标，并结合前期的研究基础（Hong Guo*, et. al, Nano Energy, 2021, 106756; Energy Storage Mater., 2021, 139; Adv. Funct. Mater., 2021, 2101019; ACS Energy Lett., 2020, 1022-1031），郭洪教授团队提出了一种制备具有高选择性和稳定性的异质结构光催化剂的新策略，该催化剂同时含有氧和氮空位，双空位协同催化效应导致优异的光催化还原性能。所制备的光催化剂5个循环后CH₄产率为16.07μmol g-1，CO为0.89 μmol g-1。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算和原位技术详细阐述了CO₂的还原机制。这种新策略给双空位异质结构在环境催化中的应用提供了新的思路和见解。

图1. 传统活性位点（a）和双空位活性位点将CO₂光还原为CH₄和CO的机制图。

该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、云南省科技厅－云南大学联合重点基金、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室项目及云南大学研究生科研创新项目的支持。

       供稿：材料与能源学院

编辑：李哲

责任编辑：王崴