文献速递 | 中国矿业大学罗勇和宁波工程学院侯慧林 Small 光催化CO₂还原领域研究成果

原创罗勇课题组文献速递专栏

收录于合集

第一作者：杨洪利

通讯作者：侯慧林、罗勇

DOI:10.1002/smll.202202939

#本文亮点

本文报道了基于新颖的双金属有机骨架（MOFs）衍生的新型Ni-Co-O固溶体多孔微米棒光催化剂（MR-N_xC_1-xO）的探索。首先，我们利用对苯二甲酸（tp）和吡嗪（pyz）配体构筑了一系列新颖的[Ni_xCo_1-x(μ₄-tp)(μ₂-pyz)]n。然后，利用Ni/Co-MOFs热稳定差异，选择恰当的煅烧温度从而控制有机配体热分解速率制备了一系列不同规格的分级多孔Ni-Co-O微米棒，它们展现了优异的光催化性能，在可见光照射下将CO₂还原为CO具有较高的活性和显著的选择性。结果表明，Co和Ni位点分别对CO₂-CO的转化活性和选择性起作用，具备良好协同作用。此外，通过调节Ni的含量，可以调整Ni-Co-O固溶体的能带结构，使其具有良好的还原电势，从而提高了CO₂光催化还原为CO的选择性。

前言

2022年9月，Samll杂志在线发表了中国矿业大学罗勇和宁波工程学院侯慧林课题组在光催化CO₂还原领域的最新研究成果。该工作报道了新颖双金属Ni/Co-MOFs衍生的Ni-Co-O固溶体分级多孔微米棒的制备及其光催化CO₂还原性能研究。论文第一作者为杨洪利博士，论文共同通讯作者为宁波工程学院侯慧林副教授和中国矿业大学罗勇教授。

背景介绍

太阳能光催化还原CO₂，使其转化为具有高选择性高附加值的化学品和燃料，是缓解能源危机和温室效应的有效途径之一，其重要基础之一是先进光催化剂的研发。

本文所用仪器

图表解析

作者首先采用水热合成的方法制备了一系列新颖的Ni/Co-MOFs，并根据已报道的Co-MOF结构得出，Co/Ni位点通过tp和pyz的共同桥连作用构筑了三维框架结构。其次，作者利用其热稳定性差异，选择了在空气氛围下400℃有效控制热分解速率，制备了一系列不同规格的分级多孔Ni-Co-O微米棒光催化剂。

作者也对所制备的Ni/Co-MOFs以及MR-N_xC_1-xO光催化剂进行了一系列物相表征。结果表明，Ni/Co-MOFs结构为[Ni_xCo_1-x(μ₄-tp)(μ₂-pyz)]n，在Ni-Co-O固溶体的尖晶石结构中，Ni²⁺仅占据了Co²⁺位点。

通过SEM可以发现，随着Ni比例的提升，其MOFs的棒状形貌纵横比发生了明显的变化。将其煅烧后，Ni-Co-O固溶体展现了明显的分级多孔结构特征，利用MOFs有机成分的挥发造孔使得固溶体暴露了更多的反应活性位点，良好地体现了制备工艺的优越性。

作者对所制备的光催化剂进行了可见光驱动液固相CO₂还原测试。测试结果表明，MR-N_0.2C0.8O的CO产率最高，达到277 μmol·g^-1·h^-1以及85.12%的选择性。从产氢速率可以明显看出，Ni的引入明显降低了产氢的竞争反应速率，从而有利于提高CO₂还原CO的选择性。

作者也利用UPS，VB谱以及计算带隙推算出了所制备的一系列Ni-Co-O固溶体的能带结构，并提出了该类光催化剂的选择性还原CO₂的光催化机理。

全文小结

总之，本文通过MOFs衍生工艺制备了一系列新颖的不同特征Ni-Co-O固溶体，其表现出整体增强的光催化性能，具有高活性和显著的选择性，可在可见光下将CO₂还原为CO，优于已报道的大多数相关光催化剂。同时，该系列新颖固溶体的制备也为新颖高效光/光电催化剂研发提供了新思路。

作者介绍

杨洪利，中国矿业大学在读博士生，现联合培养于宁波工程学院微纳结构与器件创新研究院，主要研究方向为光催化产氢，以第一作者分别在Small，J. Mater. Chem. C，Chinese J. Struct. Chem.，Chinese J. Inorg. Chem.等期刊发表SCI论文5篇。

罗勇，中国矿业大学材料与物理学院教授，博士生导师。目前担任第十届中国机械工程学会摩擦学分会理事，江苏省机械工程学会理事，江苏省机械工程学会摩擦学分会副理事长兼秘书长，主要从事人工关节材料、生物摩擦学和表面工程等相关领域研究。先后主持4项国家自然科学基金项目，获得欧洲专利授权1项，美国专利授权1项，俄罗斯专利授权1项，中国发明专利授权8项，参编中文专著3 部，参编外文专著3 部。在Small、Journal of Materials Chemistry A、Tribology International、Friction等国内外期刊上发表学术论文70余篇。

侯慧林，宁波工程学院微纳结构与器件创新研究院副教授，主要从事半导体微纳材料可控生长及其光/电催化特性研究，入选首批“浙江省高校领军人才培养计划”与宁波市领军与拔尖人才第一层次。主持国家自然科学基金青年/面上项目、科技部国际交流项目，中国博士后自然科学基金等项目。以第一/通讯作者在Prog. Mater. Sci., J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem., Int. Ed.,等发表SCI论文50余篇。

文献信息：

Yang, H., Zhang, D., Luo, Y., Yang, W., Zhan, X., Yang, W., Hou, H., Highly Efficient and Selective Visible-Light Driven Photoreduction of CO₂ to CO by Metal–Organic Frameworks-Derived Ni-Co-O Porous Microrods. Small 2022, 2202939.

https://doi.org/10.1002/smll.202202939

往期回顾：

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本文素材来源：中国矿业大学罗勇和宁波工程学院侯慧林课题组