【產(chǎn)通社，12月25日訊】中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（Shanghai Institute of Ceramics of the Chinese Academy of Sciences，SICCAS）官網(wǎng)消息，其高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換材料與器件研究課題組近日在光催化選擇性還原二氧化碳制備高附加值甲烷研究方面取得重要進(jìn)展。該課題組通過新型氫化藍(lán)色二氧化鈦材料的設(shè)計(jì)與創(chuàng)制，成功實(shí)現(xiàn)了近環(huán)境壓力下水還原CO2制備CH4的高效轉(zhuǎn)化，并通過原位漫反射傅立葉轉(zhuǎn)換紅外等技術(shù)對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了較為深入的研究。相關(guān)研究結(jié)果以“Hydrogenated Blue Titania for Efficient Solar-to-Chemical Conversions: Preparation, Characterization, and Reaction Mechanism of CO2 Reduction”為題，發(fā)表在ACS Catalysis（DOI: 10.1021/acscatal.7b03473，影響因子10.6）上，該論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士研究生尹國(guó)恒，聯(lián)合通訊作者為畢慶員博士、黃富強(qiáng)研究員和華東理工大學(xué)的韓一帆教授。該工作已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利（201711108369.4）。 

大量CO2的外排導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇、海平面上升、水體酸化等全球化問題，如何將CO2轉(zhuǎn)化為有用的能源化學(xué)品已成為一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。利用清潔可再生的太陽(yáng)能催化還原CO2被認(rèn)為是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的理想途徑。目前廣泛使用的光催化還原CO2的催化劑為負(fù)載型貴金屬（如Pt、Pd、Au和Ag等）半導(dǎo)體材料，成本較高。TiO2由于廉價(jià)易得、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)已在光催化還原CO2等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。然而，其帶隙較寬（3.2eV）、光生電子-空穴對(duì)（e−h+）復(fù)合嚴(yán)重、副反應(yīng)較多等，使得光催化性能以及對(duì)太陽(yáng)能的利用效率低下。針對(duì)這些問題，該課題組從材料的設(shè)計(jì)制備和帶隙調(diào)控出發(fā)，以溶有堿金屬鋰的乙二胺溶液為溶劑，通過簡(jiǎn)單的低溫溶劑熱法制備出含有大量表面缺陷的氫化藍(lán)色二氧化鈦。該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的太陽(yáng)光催化還原CO2性能，CH4選擇性達(dá)81%，為目前報(bào)道最優(yōu)。通過動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及與華東理工大學(xué)韓一帆教授課題組合作利用原位紅外等技術(shù)對(duì)該反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了較為深入的研究。同時(shí)，該材料對(duì)光催化產(chǎn)氫和有機(jī)污染物的降解也表現(xiàn)出良好的催化性能。 

該課題組的畢慶員等研究人員近年來致力于能源與環(huán)境等方面的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，在CO2光/熱催化轉(zhuǎn)化制能源化學(xué)品方面取得了系列進(jìn)展。如利用吡啶氮摻雜薄層碳材料負(fù)載小顆粒納米鈀高效催化CO2加氫制甲酸鹽（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11849）；利用負(fù)載型金納米團(tuán)簇催化CO2加氫合成高碳醇乙醇（Chem. Commun. 2016, 52, 14226; Catal. Lett. 2017, 10.1007/s10562-017-2192-4）；利用薄層氮摻雜石墨烯包覆的鐵鎳合金納米材料FeNi3@NG和配位不飽和氧化亞鈷包覆的鈷納米材料CoO@Co催化分解CO2制費(fèi)托反應(yīng)的主要原料CO，轉(zhuǎn)化率達(dá)20%以上（ChemSusChem 2017, 10, 3044; Chem. Eur. J. 2017, 10.1002/chem.201704596）；利用黑色氧化鈦在太陽(yáng)光照下催化水還原CO2制甲烷（ChemCatChem 2017, 9, 4389）。同時(shí)，有關(guān)CO2催化轉(zhuǎn)化的工作已申請(qǐng)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利（201610990095.5、201611104335.3、201711108369.4）。 

光電轉(zhuǎn)換材料與器件研究課題組在黃富強(qiáng)研究員的帶領(lǐng)下，自2012年初即開展黑色二氧化鈦等有色氧化鈦的基礎(chǔ)研究，并取得系列創(chuàng)新成果�；陔娮咏Y(jié)構(gòu)的帶階設(shè)計(jì)，利用熱力學(xué)原理，發(fā)展出氧空位產(chǎn)生、二步元素?fù)诫s的制備黑色氧化鈦的新方法，獲得原創(chuàng)的具有<結(jié)晶核@非晶殼>結(jié)構(gòu)的黑色納米TiO2，實(shí)現(xiàn)了寬太陽(yáng)光譜響應(yīng)、高載流子分離遷移率、以及功函數(shù)可調(diào)等特性，光吸收覆蓋整個(gè)太陽(yáng)光譜的90%（遠(yuǎn)優(yōu)于報(bào)道的30%），解決了非金屬元素高濃度摻雜的科學(xué)難題。在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等期刊上發(fā)表論文近30篇，他引3200余次，4篇文章入選ESI高被引論文；受邀為Chem. Soc. Rev.、Adv. Energy Mater.期刊等撰寫綜述論文。作為重要組成部分的該系列研究成果已獲得2016年度上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，并通過2017年度國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)評(píng)審。 

上述系列研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和上海市科委等項(xiàng)目的資助。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://www.sic.cas.cn。（Lisa WU, 365PR Newswire）     （完）