在分级结构中构建具有串联活性位点的精细纳米/微反应器是设计光催化剂以实现具有挑战性但有吸引力的CO₂还原的有前途的策略。

近日，中科院过程工程研究所Dan Wang提出了一种基于中空多壳结构（HoMS）的具有空间有序异质壳层的微反应器，用于串联光催化CO₂转化为CH₄。

文章要点

1）微反应器中CeO₂内壳层具有丰富的第一步反应活性中心，可以产生足够的CO中间体，并保持较高的局部浓度。同时，相邻的最外层含有非晶TiO₂ (A-TiO₂)的非平衡电场可以作为继续质子化实现CH₄产生的第二步活性位点。此外，异质A-TiO₂/CeO₂最外层确保光照下快速电荷分离和扩散，这促进了多步CH₄形成过程的电子供应。

2）不同数量的Ce前驱体可以形成高达四层的CeO₂@CeO₂/A-TiO₂ HoMS s（4S-CTHoMS），它表现出最大的内层积累CO和最外层的有效CO转化为CH₄的能力，在模拟AM1.5的照明条件下，在8 h内显示出最高的光催化活性，生成781 mol g^-1 CO和120 μmol g-1 CH₄。 研究人员首次制备了杂壳型HOMS，并验证了其对CO2串联催化转化为CH4的能力。

3）通过全面的表征和操作研究，研究人员指出HoMSs的设计具有以下优点：1)通过CeO₂内壳产生更多的活性中心来增加局部CO的浓度；2)通过最外层的A-TiO₂复合材料实现CO的进一步质子化反应；3)通过非均相的A-TiO₂/CeO₂最外层的壳层增强CO的捕光能力、电荷分离效率和吸附能力。

参考文献

Yanze Wei, et al, Heterogeneous Hollow Multi-Shelled Structures with Amorphous-Crystalline Outer-Shells for Sequentially Photoreduction of CO₂, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202212049

https://doi.org/10.1002/anie.202212049