科技日報訊 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校合肥微尺度物質科學國家研究中心孫永福教授、謝毅教授課題組設計了一種具有雙金屬活性位點的超薄納米片催化劑，并實現了其對二氧化碳光還原產物高選擇性。該成果日前發表在國際著名雜志《自然·能源》上。
過量排放的二氧化碳引發的溫室效應，是當前影響人類可持續發展的重大問題。受植物光合作用的啟發，科研工作者設計利用人工光合作用在自然環境條件下將二氧化碳催化轉化為碳氫燃料，這不僅有助于降低空氣中二氧化碳的濃度，而且還可以獲得高附加值的碳基燃料。然而，二氧化碳還原產物種類的多樣性，還原產物的還原電位相近等問題，使得還原產物的選擇性無法得到有效控制。因此，將二氧化碳高選擇性還原成甲烷仍是一個面臨著巨大的挑戰問題。
課題組設計構建了一種雙金屬位點型超薄納米片以期實現精準調控二氧化碳還原產物的選擇性。以制備的缺陷態CuIn5S8超薄納米片為例，理論模擬和原位紅外光譜測試結果均證實低配位的銅和銦位點能夠與二氧化碳分子作用生成高穩定的銅—碳—氧—銦中間體，而該中間體在同時斷裂形成自由態的一氧化碳分子時，則需要克服很高的反應能壘；相比較而言，在該中間體的碳原子上加氫形成羥基中間體的反應則是放熱反應、能夠自發進行，從而使其更傾向于獲得接近100%的甲烷選擇性。光催化測試結果證實，含硫缺陷的CuIn5S8超薄納米片在可見光驅動下將二氧化碳還原為甲烷的選擇性達到近100%，并實現較高的產率。