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新型光催化剂可将二氧化碳转化为甲烷或乙烷

文章来源：未知更新时间：2018-08-17 09:26:07

（a）在合成的不同阶段获得的样品图片（b）不同比列Pt导致产生甲烷和乙烷累积释放量，图片来源：大邱庆北科技学院（DGIST）

由能源科学与工程系Su-IlIn教授领导的研究小组成功开发出可将二氧化碳转化为可用能源（如甲烷或乙烷）的光催化剂。

随着二氧化碳排放量的增加，地球的温度逐渐上升，并且人们一直对减少二氧化碳的关注逐渐提高，这是因为二氧化碳是全球变暖的罪魁祸首。此外，由于能源枯竭而转向现有资源的可重复使用燃料也引起了人们密切关注。为了解决跨国环境问题，对将二氧化碳和水转化为碳氢化合物燃料至关重要的光催化剂的研究正在受到全世界的关注。

尽管许多具有大带隙的半导体材料经常用于光催化剂研究，但这些半导体在各个结构中吸收太阳能的能力非常有限。因此，光催化剂领域方面研究的正致力于改进光催化剂结构和表面以增加太阳能吸收区域，或者研究利用具有优异电子传输的二维半导体材料进行光催化。

In教授的研究团队开发了一种高效光催化剂，通过将石墨烯以稳定有效的方式置于还原的二氧化钛上，这样形成的光催化剂将二氧化碳转化为甲烷（CH4）或乙烷（C2H6）。

研究团队开发的光催化剂可以选择性地将二氧化碳从气体转化为甲烷或乙烷。结果表明，其气体生成量分别为259umol / g和77umol / g甲烷和乙烷，转化率比常规还原二氧化钛光催化剂高5.2％和2.7％。就乙烷产生量而言，该结果展示了在相似实验条件下全世界上最高的转换效率。

此外，通过与研究伦敦帝国理工学院（ICL）James R. Durrant领导的化学系研究小组进行的国际联合研究，研究团队使用光电子能谱首次证明，由于二氧化钛和石墨烯界面可见的带弯曲现象，细小孔隙向石墨烯方向移动。

研究小组确定了生成甲烷的机制，随着电子聚集参与反应，孔隙向石墨烯的移动通过使电子聚集在还原的二氧化钛的表面上，因此形成大量的自由基甲烷（CH 3）用以激活化学反应，即这种形成的自由基甲烷与氢离子反应形成甲烷，并且自由基甲烷相互反应则生成乙烷。

研究团队开发的催化剂材料预计将应用于各种领域，如未来的高附加值材料生产，并通过选择性生产更高水平的碳氢化合物用于解决全球变暖问题和能源资源枯竭问题，总之这是一种利用阳光的材料。

In教授说：“这次开发的具有石墨烯的还原二氧化钛光催化剂具有能够选择性地利用CO 2作为可用的化学原料从而产生燃料气体（甲烷或乙烷）的优点。通过进行后续研究，我们将提高该催化剂的转化率，使其可以商业化，我们将为减少二氧化碳并将其转化为资源的技术发展做出贡献。”

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