光催化還原CO2制備高附加值化學品是最具有前景解決CO2排放問題的方法。但是目前仍然具有多個問題需要解決,才能夠提高光催化反應的效率。鈣鈦礦材料具有優異的光吸收性能,可調節的能帶結構,較高的缺陷容忍性,豐富的維度。相比于三維鈣鈦礦,二維鈣鈦礦在光催化反應條件更加穩定,并且二維鈣鈦礦的激子具有吸引人的性能。二維鈣鈦礦具有獨特的物理化學性能,包括穩定性較高、形成極化子、量子阱、非常高的激子結合能,目前二維鈣鈦礦仍沒有廣泛的研究光催化還原CO2。通過改變二維鈣鈦礦的層厚和間隔陽離子調節二維鈣鈦礦的性能,比三維鈣鈦礦更加方便。因此,二維鈣鈦礦光催化劑目前成為新興的具有前景的光催化還原CO2制備高附加值化學品的材料。
有鑒于此,印度尼赫魯先進科學研究中心Sebastian C Peter等綜述二維鈣鈦礦材料在光催化還原CO2的應用
本文要點:
(1)
這項綜述討論了二維鈣鈦礦的分離、合成方法,二維鈣鈦礦的獨特性質使得其合適用于光催化反應,目前二維鈣鈦礦通過監控操作方法,在光催化還原CO2得到發展。此外,展望了二維鈣鈦礦光催化劑的未來發展前景。
(2)
二維鈣鈦礦的可調控納米結構和電子結構,使得二維鈣鈦礦能夠作為非常理想的材料用于光催化還原CO2。但是在操作條件下的穩定性仍是個嚴重問題,需要特別受到關注。此外,需要開發精確定量表征催化活性位點的方法,改善催化活性。合適的催化劑設計能夠增強光催化還原CO2的電荷載流子密度。討論了增強CO2制備C2+產物的策略:包括阻礙電荷載流子復合、修飾催化活性位點、plasmonic異質結構;增強二維鈣鈦礦的效率,包括設計串聯催化反應過程,使用先進的研究方法(比如機器學習、結合從頭算計算)。
參考文獻
Jagmeet Kaur, Sebastian C Peter, Two-Dimensional Perovskites for Photocatalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202418708
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202418708