利用太陽光從二氧化碳 (CO
2) 中生產有價值的化學品和燃料，即人工光合作用 (AP) 是實現太陽能儲存和負碳循環的有前途的策略。然而，選擇性合成具有高CO
2轉化率的C
2化合物對于當前的AP技術仍然具有挑戰性。在模擬太陽輻射下對石墨烯/碳化硅 (SiC) 催化劑進行了CO
2光電還原，乙醇(C
2H
5OH)選擇性> 99%，CO
2轉化速率高達17.1 mmol?g
cat-1·h
-1，且催化性能穩定。實驗和理論研究表明，最佳界面層可促進光生電子從SiC襯底轉移到少層石墨烯覆蓋層，這也有利于有效的CO
2到C
2H
5OH的轉化途徑。
Fig 1. 合成方案、拉曼光譜和CO
2光電催化性能。a) 石墨烯/SiC 復合材料制備示意圖。b) 100 nm 立方 SiC (c-S1) 和 200 nm (h-S2)、400 nm (h-S4) 和 800 nm (h-S8) 六方 SiC 以及相應外延生長的石墨烯的拉曼光譜/SiC 復合材料：c-GS1、h-GS2、h-GS4 和 h-GS8。c)裸SiC和石墨烯/SiC樣品的CO
2光電催化性能比較。
Fig 2. 結構特點。a) 復合催化劑的C 1s能級的XPS光譜。b) 基于(a)中 XPS 光譜的 IL/SiC 和 Gr/SiC 的相對強度比。c) NEXAFS 光譜。d) 高分辨率團隊圖像。黃色虛線表示晶格邊界。e) 復合催化劑的 EPR 光譜。
Fig 3. 檢測反應中間體。在不同光照射時間下， CO2和 H2O 蒸氣混合物在 a) h-S4 和 b) h-GS4 上的共吸附原位 ATR-FTIR 光譜。
Fig 4. DFT研究。a) 在 SiC 襯底上具有 IL 和 Gr 層的石墨烯/SiC 復合催化劑的結構模型。b) 由于 CO 吸附引起的電荷密度差異圖，分別顯示為累積正電荷和負電荷的黃色和青色等值面。c) 計算的 CO 吸附能與 IL 結構的 Si/C 原子比。d) 計算的 CO 吸附能與 Bader 電荷分析預測的 CO 吸附引起的不飽和 C 位點的電子損失。e) Gr vac1 /SiC 1.25催化劑模型上 OC−CO 二聚和 CO 加氫的勢能面，與 Gr vac1 /SiC 催化劑模型相反，這有利于二聚而不是加氫。
相關研究工作由中國科學技術大學Wei Chen課題組于2023年在線發表在《Angew. Chem. Int. Ed》期刊上，原文：Highly Selective Photoelectroreduction of Carbon Dioxide to Ethanol over Graphene/Silicon Carbide Composites。
轉自《石墨烯研究》公眾號
