武汉理工大学张高科教授课题组及其合作者开发了碱金属钨青铜光催化材料学术资讯

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近日，武汉理工大学张高科教授课题组及其合作者开发了碱金属钨青铜光催化材料。研究成果以“Photocatalytic CO2 conversion of M0.33WO3 directly from the air with high selectivity: insight into full spectrum induced reaction mechanism”为题发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.8b12928）。

近年来，能源危机和温室效应日益严重，已成为世界两大难题，光催化作为一种绿色环保的技术，可以直接把CO2转化成社会所需求的高附加值燃料，从而成为这世界两大难题有效处理途径之一。然而，如何有效利用太阳光中的紫外、可见和近红外光，在常温、常压下直接还原空气中低浓度的CO2为成分较单一的高附加值燃料，成为了光催化CO2还原领域的一大挑战。

武汉理工大学张高科教授及其课题组吴晓勇副教授研究开发的碱金属钨青铜光催化材料，为实现常温常压下，利用紫外、可见和近红外光，直接将空气中低浓度CO2还原成成分较单一的高附加值燃料提供了一种新的思路。该研究通过特殊的水释放溶剂热法制备出富含不饱和W5+和碱金属离子的钨青铜MxWO3，其在常温常压和紫外、可见以及近红外光照射下，可直接将空气中的CO2转化为成分较单一的甲醇。尤其是经近红外光照射4小时后，空气中4.32%的CO2可被还原成甲醇且生成甲醇的选择性达到98%。更有趣的是，在连续的流动空气气氛中，碱金属钨青铜MxWO3仍然保持优良的CO2还原效果，且产物仍然为成分较单一的甲醇。实验和理论计算结果表明，MxWO3晶体结构中富含的不饱和W5+和占据六方隧道孔洞的碱金属离子，使MxWO3拥有非常独特的电子结构，从而使极子化跃迁增强、空气中的CO2被选择性地吸附在其表面而O2则很少被吸附，并可以进一步降低空气中CO2在其表面的活化能，最终使CO2在空气中的光催化还原成为可能。该研究工作为人工光合作用的进一步实际应用提供了一种新的可能。

该论文的第一作者为武汉理工大学吴晓勇副教授和博士研究生李源，张高科教授为第一通讯作者，武汉理工大学赵焱教授和中国科学院孙永福教授分别进行了计算和实验数据测试分析等合作研究，为共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金（No.51472194、No.21777045和No.51602237）及国家973课题（2013CB632402）等项目的资助。

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