Small Structures综述:助催化剂工程助力低维光催化剂二氧化碳还原

由于独特的结构优势和电子特性,具有合适能带结构的低维半导体已被视为高效光催化二氧化碳还原生产碳基燃料的有效结构。较大的比表面积,较短的体相电荷扩散距离以及丰富的配位不饱和表面原子,使得低维半导体具有较高的光催化二氧化碳还原性能。然而,目前其光催化效率仍受到两个重要因素的限制,即表面电荷分离效率较低和缺乏用于CO2吸附及催化转化的表面活性位点。基于低维结构,通过对光催化剂进行助催化剂修饰,有望缓解这两方面的限制。

新加坡南洋理工大学刘政教授团队系统综述了助催化剂工程改善低维光催化剂用于CO2还原的最新进展。综述了近年来助催化剂性能优化的工程策略,并概述了助催化剂调控策略在低维光催化CO2还原应用中的优势,重点介绍了助催化剂的结构-性能关系。最后,对助催化剂修饰的低维光催化剂存在的问题和发展前景进行了展望。

作者首先介绍了用于光催化二氧化碳还原的助催化剂的基本原理及作用机制,并概述了一些值得注意的要点。之后结合理论计算和先进表征介绍了不同的助催化剂工程策略对低维光催化剂用于二氧化碳还原的重要影响,如组份工程、相工程、晶面工程、尺寸工程、单原子工程、结晶工程、缺陷工程、应变工程等。最后,作者分享了该领域目前面临的挑战和机遇,例如目前主要还原产物是 C化学品,而通过光催化 CO2 还原过程获得 C2+ 化学品是相当具有挑战性的。许多体系中,催化稳定性仍不足,如氮化物、硫化物、磷化物助催化剂。电荷-电荷相互作用和电荷转移相互作用等焓因子主要支配着光催化材料的结构设计。新兴的用于 CO光还原的高熵稳定材料仍然很少被研究。考虑到低维光催化剂组分易于调控的优势,将高熵材料用于CO2光还原可能是一个有效的替代策略。另外,需采用先进的表征技术探究光还原过程中动态激子行为以及动态的表面结构,深入了解对材料光催化性质的影响。

论文信息:

Engineering Cocatalysts onto Low-Dimensional Photocatalysts for CO2 Reduction

Jun Di, Bo Lin, Bijun Tang, Shasha Guo, Jiadong Zhou, Zheng Liu*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100046

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100046