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光催化劑在CO2轉(zhuǎn)化中的效率創(chuàng)新高

2024-12-27


科學(xué)家一直在尋找有效的方法將二氧化碳(CO2轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì),以此作為減少碳排放和應(yīng)對氣候變化的策略。光催化劑,即能利用光能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的材料,是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵工具之一?!断冗M功能材料》最新一期發(fā)布了一項研究成果,表明日本東京科學(xué)研究所的研究團隊通過改進合成方法,大幅提升了KGF-9這種光催化劑的性能。

早在2022年,東京科學(xué)研究所就研發(fā)出了一種不含貴金屬的配位聚合物,名為KGF-9。它可以作為一種獨立的光催化劑,用于將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽。然而,盡管它在選擇性方面表現(xiàn)出色,但其催化活性較低,導(dǎo)致其表觀量子產(chǎn)率也低。

配位聚合物之所以吸引人,是因為它們能夠同時具備吸收光和催化CO2還原的功能,并且可以使用地球上豐富的金屬和有機分子來制造,具有工業(yè)應(yīng)用潛力。

在這項新研究中,團隊采用了微波輔助法,可以在密封容器中用微波加熱溶液。與傳統(tǒng)方法相比,其能夠更均勻地加熱整個反應(yīng)混合物,從而加快分子運動并提高反應(yīng)速度。這不僅將KGF-9的制備時間從兩天縮短到了1小時,還帶來了其他顯著的好處。

經(jīng)測試,團隊發(fā)現(xiàn),采用微波輔助法合成的KGF-9細纖維,擁有更大的比表面積和更好的結(jié)晶度,這大大提高了CO2到甲酸鹽轉(zhuǎn)化的表觀量子產(chǎn)率。具體來說,新合成的KGF-9這一數(shù)字達到25%,遠高于之前記錄的2.6%,創(chuàng)下了異質(zhì)光催化劑中的最高紀錄。

團隊認為,高質(zhì)量、表面缺陷少的KGF-9晶體是此次能破紀錄的關(guān)鍵因素。而因其成本效益高且用途廣泛,改進后的KGF-9將在推動實現(xiàn)碳中和方面發(fā)揮重要作用。(科技日報)


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