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光譜技術(shù)突破光催化CO2還原反應(yīng)研究瓶頸
2020年05月09日 09:29:33
來源：儀器網(wǎng) 點擊量：4337
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授和高超副教授研究團隊與中國科學(xué)院高能物理研究所陶冶研究員課題組、北京師范大學(xué)張文凱教授課題組合作，成功突破了這一瓶頸，揭示了均相光催化CO2還原整個反應(yīng)途徑。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】石油、天然氣以及煤炭等化石燃料是現(xiàn)代工業(yè)主要的能源來源，占目前一次能源需求的80%。化石燃料的利用會排放大量二氧化碳，引起溫室效應(yīng)，造成氣候變暖。而且化石燃料不可再生，隨著人類的持續(xù)開發(fā)，能源危機已經(jīng)越來越近。面對這些狀況，除了大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能、水能等可再生能源之外，利用光催化還原二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為甲烷、甲醇、一氧化碳等清潔的碳氫燃料也是一種很有前景的策略。
光催化CO2還原反應(yīng)研究的重點在于探索和開發(fā)高效的還原催化劑。由于均相催化劑與異相催化劑相比，通常對光催化CO2還原反應(yīng)具有更高的活性和選擇性，而且均相催化劑具有明晰的催化位點，其催化中心的配位和電子結(jié)構(gòu)易于調(diào)控，因此近年來均相催化劑成為光催化CO2還原反應(yīng)研究的主要方向。
雖然目前已經(jīng)有大量關(guān)于均相催化劑應(yīng)用于光催化CO2還原的研究，但是研究者仍然不清楚在反應(yīng)過程中催化劑的配位和電子結(jié)構(gòu)如何動態(tài)演化。弄清這一問題的關(guān)鍵在于先進的原位、時間分辨以及具有元素分辨能力的光譜技術(shù)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授和高超副教授研究團隊與中國科學(xué)院高能物理研究所陶冶研究員課題組、北京師范大學(xué)張文凱教授課題組合作，成功突破了這一瓶頸，揭示了均相光催化CO2還原整個反應(yīng)途徑。研究團隊利用原位pump-probe時間分辨同步輻射X射線吸收譜及瞬態(tài)吸收光譜，以三聯(lián)吡啶鎳(II)配合物為模型催化劑，成功捕捉到光催化CO2還原過程中催化位點結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化和電荷轉(zhuǎn)移過程，推動了對于高效均相光催化CO2還原反應(yīng)機理的理解，為設(shè)計和開發(fā)先進光催化體系提供了指導(dǎo)。
時間分辨同步輻射X射線吸收譜(TR-XAS)在這項研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。X射線吸收譜由于元素選擇性的探測特點，可以針對催化劑、光敏劑中的金屬離子的價態(tài)、配位結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進行探測?；诩す鈖ump-X光probe的時間分辨X射線吸收譜(TR-XAS)，則進一步實現(xiàn)實時、原位下的空間和電子結(jié)構(gòu)變化探測，獲取催化劑過渡態(tài)、光敏劑激發(fā)態(tài)等中間體的價態(tài)變化、配位結(jié)構(gòu)變化信息。本次研究的成功也進一步推動了X射線時間分辨方法發(fā)展和應(yīng)用。
資料來源：X-MOL
編輯點評：發(fā)展新能源經(jīng)濟是當(dāng)今世界的歷史潮流和必然選擇，也可為經(jīng)濟又好又快發(fā)展提供支撐。如今，為了擁有更多可利用的能源資源，各國致力于開發(fā)利用新能源，而在能源開發(fā)過程中，各類檢測儀器也發(fā)揮著積極的作用。包括此次高校研究團隊與中國科學(xué)院高能物理研究所成功揭示均相光催化CO2還原整個反應(yīng)途徑也離不開科學(xué)力量的幫忙。
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