光催化劑在CO2轉化中的效率創新高

2024-12-27

科學家一直在尋找有效的方法將二氧化碳（CO2轉化為有用的化學物質，以此作為減少碳排放和應對氣候變化的策略。光催化劑，即能利用光能驅動化學反應的材料，是實現這一目標的關鍵工具之一?！断冗M功能材料》最新一期發布了一項研究成果，表明日本東京科學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，東京科學研究所就研發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轉化為甲酸鹽。然而，盡管它在選擇性方面表現出色，但其催化活性較低，導致其表觀量子產率也低。

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，具有工業應用潛力。

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。與傳統方法相比，其能夠更均勻地加熱整個反應混合物，從而加快分子運動并提高反應速度。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。

經測試，團隊發現，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晶度，這大大提高了CO2到甲酸鹽轉化的表觀量子產率。具體來說，新合成的KGF-9這一數字達到25%，遠高于之前記錄的2.6%，創下了異質光催化劑中的最高紀錄。

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