谨以该工作祝本院陈华教授、李瑞祥教授和袁茂林副教授60岁生日快乐！
利用太阳能将CO2和H2O转化为燃料是应对气候和能源问题的有效途径之一。虽然已有许多光催化剂为此而被开发，但是大多数光催化剂主要利用的是紫外光和可见光，而能量较低的红外光（约占太阳光谱的50%）则不能被利用。在CO2的光还原产物当中，CH4是一种很重要的化学品，但是光还原CO2到CH4是一个8电子还原过程，在动力学上不利的。而将CO2还原为CO只需要2个电子，因此在CO2光还原过程中更容易得到CO，难以高选择性得到CH4。此外，传统半导体光催化剂的CO2亲和力较弱，不利于CO2的吸附与活化。因此，研究的关键在于开发一种新型光催化剂，该催化剂不仅需要具备高效利用红外光的能力，还应具有优异的CO2亲和力，以及拥有高电子密度的活性位点，从而实现利用红外光催化，高选择性还原CO2制CH4。
图1. UiO-66/Co9S8复合光催化剂红外光还原CO2制备CH4示意图
为此，我院陈华/李瑞祥教授团队通过结合多孔CO2吸附材料和金属性光催化剂的优点，设计并制备了一种UiO-66/Co9S8复合光催化剂。该催化剂对CO2光还原为CH4具有宽光谱响应，且选择性接近100%，在红外光照射下，CH4的产生速率高达25.7 μmol g-1 h-1，全光谱照射下，CH4的产率可进一步提高至240.9 μmol g-1 h-1。如此显著的红外光催化活性，首先得益于金属性Co9S8优异的红外光吸收能力，同时超快瞬态吸收光谱显示Co9S8促使了复合光催化剂可以产生长寿命（> 2 ns）的载流子，从而增强了UiO-66/Co9S8的光催化活性。此外，DFT理论计算表明Co9S8中高电子密度的金属性Co位点可以降低反应能垒，促进*CO中间体进一步加氢，从而高选择性地得到CH4。另外，得益于UiO-66的多孔性，复合光催化剂对CO2的亲和力也大大增强，有限元模拟结果显示这一增强的特性可以提高Co9S8的局部CO2浓度；同时通过负载的方式，也将Co9S8活性组分进行了分散，增加了活性位点暴露的几率，也增强了其催化活性。该工作为设计新型红外光催化剂提供了新的思路。
该研究成果以“CO2 Enrichment Boosts Highly Selective Infrared-Light-Driven CO2 Conversion to CH4 By UiO-66/Co9S8 Photocatalyst”为题发表在《Advanced Materials》上。蘑菇成品人视频未删减版为论文署名的第一单位，四川大学徐嘉麒副研究员（专职科研），韩国蔚山科学技术院Jae Sung Lee院士、车伟博士，中国科学技术大学的周蒙教授为该论文的通讯作者，化学学院硕士研究生杨思恒、韩国蔚山科学技术院Woo Jin Byun博士，中国科学技术大学的研究生赵方明为该论文的共同第一作者。特别感谢国家自然科学基金委、四川省自然科学基金、国家留学基金委员会、国家市场监管总局科技项目和四川大学的经费支持。同时，感谢蘑菇成品人视频未删减版化学专业实验室综合训练平台的杨凤老师、齐悦老师、邓冬艳老师、李静老师，以及四川大学分析测试中心的吴莉老师和谢晓滨老师的测试支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202312616
