韩布兴

中国科学院化学研究所，北京 100190

直接和间接Z-型异质结耦合的光催化剂电子结构和光催化反应机理。(a)可见光下Cu2O-Pt/SiC/IrOx中电子迁移过程；(b)空间分离的CO2还原和H2O氧化高效光催化系统反应机制。

有机物燃烧的逆反应-二氧化碳与水反应生成有机物(碳氢燃料)和氧气的反应是科学家梦寐以求的过程。模拟自然光合作用的光催化是实现这一过程最可行途径，得到的燃料被形象地称作“液态阳光”或“太阳燃料”，可以从根本上解决能源和环境问题，因此吸引着一代代科学家孜孜追求1,2。最近《科学美国人》月刊将光催化二氧化碳转化评为2020年十大新兴技术3。但由于该过程的巨大热力学障碍和化学动力学限制，迄今所报道的大多数光催化剂对该反应的效率并不理想，常常需要借助空穴清扫剂(如三乙醇胺、三乙胺等)才得以发生。即使如此，反应效率依然徘徊在每克催化剂每小时数十毫摩尔数量级。发展新颖结构光催化剂，突破反应效率和产物选择性瓶颈，是当前能源光催化领域很期待的进展。

针对CO2与H2O反应的特点以及单一半导体材料存在的不足，福州大学王绪绪教授研究组和大连化学物理研究所李灿院士研究组等合作，构筑了一种新颖的直接异质结和间接异质结复合串联的Z-scheme结构光催化剂Cu2O-Pt/SiC/IrOx，显著提高了CO2用H2O的还原效率4。该材料采用分步光沉积的方法，把Cu2O纳米颗粒包覆的Pt颗粒和IrOx纳米晶沉积在SiC表面不同位置，形成了空间分离的活性位点。……