中南大學劉敏團隊開發高倍率金屬空位量子點大幅度提高CO2還原性能
  2019年7月11日  来源:中南大學

    近日,中南大學物理与电子学院刘敏教授与台湾科技大学黄炳照教授、加拿大多伦多大学Edward H.Sargent等团队合作,首次从金属量子点中“捕获”二氧化碳,使二氧化碳还原效率提升200%以上,大大提升了碳循环利用效率。这一研究结果,以“Quantum-Dot-Derived Catalysts for CO2 Reduction Reaction”为题,发表在国际顶级期刊《Cell》姊妹刊《Joule》上。

  刘敏教授为该论文的第一作者和共同通讯作者,中南大學物理与电子学院为第一完成单位,李红梅、邱晓清等青年老师参加了该项研究工作。此次发表的论文是该团队继在《Nature》《Science》《Nature Chemistry》《Nature Photonics》《Nature Energy》《Nature Nanotechnology》等国际著名学术期刊发表二氧化碳还原应用基础研究成果后的又一创新性成果。

  二氧化碳導致的溫室效應、氣候變化等問題已經成爲世界性的挑戰。電化學還原在溫和可控的條件下,將二氧化碳還原爲有用的碳氫燃料和化學品,是一種具有廣闊應用前景的技術。如何設計並制備高效的催化劑是該技術的核心。

  量子點是一種重要的低維半導體材料,通常含有大量的缺陷,導致其光電性能的下降。但缺陷位點常常被認爲是催化活性的關鍵位點,然而,這種缺陷工程在常規金屬催化劑中常常難以實現。因此,幾方團體合作,首次通過將硫化物量子點原位電化學還原,實現了高倍率金屬空位量子點的制備,並將之應用在二氧化碳還原領域。這種量子點衍生的催化劑,保持了3-5nm的尺寸大小,但其金屬空位高達20%,並在金屬量子點中呈現良好的原子級分散,從而爲二氧化碳還原反應,提供了合適的原子結構與電子結構;在數百小時的二氧化碳還原反應中,保持良好的催化活性,其性能超出現有催化劑的兩倍之多。該研究具有良好的普適性,在多種金屬,如金、銀、銅、鉛等,均得到良好的驗證,在二氧化碳循環利用方面具有極大的應用前景。

  基于前期在二氧化碳还原方面的杰出研究工作,刘敏教授团队受邀在国际期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上撰写题为“Recent advances in different-dimension electrocatalysts for carbon dioxide reduction”的论文,总结了催化剂形状及各类因素对催化性能的影响。刘敏团队的硕士生周惠敏为该论文的第一作者,刘敏教授与邱晓清教授为论文的共同通讯作者,中南大學物理与电子学院为第一完成单位,李红梅、李文章、潘灏等青年教师参加了该项研究工作。论文受到了编辑部和审稿人的一致好评,并顺利当选为该杂志的封面。
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