蘇州大學&加拿大多倫多大學 ACS Nano研究論文：碳化鈮和碳化鈦MXenes材料作為優異的光熱二氧化碳還原催化劑載體
文章信息
碳化鈮和碳化鈦MXenes材料作為優異的光熱二氧化碳還原催化劑載體第一作者：吳之怡通訊作者：何樂*，張曉宏*，Geoffrey A. Ozin*，李超然*單位：蘇州大學，加拿大多倫多大學
研究背景
針對傳統光催化二氧化碳還原太陽光利用效率受限的瓶頸挑戰，科學家們最近提出了光熱催化（photothermal catalysis）的新思路，該過程同時利用催化劑的光化學和光熱效應，拓寬了太陽光譜的利用效率，有望實現高效光-化學能轉換。尋找具有優異光熱轉換性能的光催化劑，構筑高效光熱催化體系，依然是該領域的研究前沿和熱點。在本研究工作中，我們首次探索了光吸收和光熱性能優良的MXene材料在光熱催化中的應用潛力。發現MXene材料是優良的光熱催化劑載體，不僅能分散和穩定活性金屬納米粒子，還能提升金屬納米催化劑的光利用效率，大幅提升光熱催化的性能。本工作開啟了MXene材料在光熱催化二氧化碳還原領域的新應用，為構筑高效光熱催化體系提供了新的思路。
文章簡介
在國家自然科學基金重點國際（地區）合作項目的支持下，來自蘇州大學的張曉宏教授、何樂教授、李超然副研究員與加拿大多倫多大學Geoffrey A. Ozin教授團隊合作，近日在國際知名期刊ACS Nano上發表題為“Niobium and Titanium Carbides (MXenes) as Superior Photothermal Supports for CO2 Photocatalysis”的文章。文章首次報道了MXene作為光熱催化劑載體的新應用，發現了MXene材料不僅可以有效分散和穩定金屬納米顆粒，還能提升金屬納米顆粒的光熱催化活性，揭示了MXene材料在光熱催化中的巨大潛力。
本文要點
要點一：Nb2C MXene光熱性能優良，但光熱催化CO2加氫性能較差采用傳統的刻蝕-剝層法合成了少層的碳化鈮材料（圖1a-d），盡管具有優良的光吸收和光熱性能，但是其自身的H2和CO2活化能力非常差，不適合作為單組分的光熱催化劑（圖1e,f）。
圖1. (a) 少層碳化鈮納米片(fl-Nb2C)制備過程示意圖。(b) Nb2AlC前驅體，Al層刻蝕之后的多層Nb2C和少層Nb2C二維片狀材料的XRD圖譜。（c） 少層Nb2C二維片狀材料的TEM圖。（d）少層Nb2C二維片狀材料的AFM圖。（e）少層Nb2C的光熱催化二氧化碳加氫性能圖。（f）少層Nb2C在不同溫度梯度條件下的熱催化性能圖
要點二：MXene載體提升了鎳納米粒子的光熱催化活性考慮到Nb2C MXene優異的光吸收和光熱轉換性能，我們嘗試將其作為載體，負載Ni納米粒子，構筑光熱催化劑。在相同條件下，相比于Nb2O5負載的Ni納米顆粒（Ni/Nb2O5），Nb2C負載Ni納米顆粒（Ni/Nb2C）的光熱催化活性提高了5.3倍（表1）。在36個太陽光照強度下，Ni/Nb2C的光熱CO2轉化速率到了創紀錄的8.50 mol·gNi-1·h-1。表1. Ni/Nb2C和 Ni/Nb2O5的光熱催化性能比較
要點三：Nb2C載體提升了Ni納米粒子的光熱轉換性能
漫反射光譜表明Nb2C負載Ni催化劑具有更好的吸光性能，在相同照射條件下測試不同催化劑的表面溫度和等效工作溫度，證實了光熱催化活性提高的主要原因是Nb2C載體提升了Ni納米粒子的光熱轉換性能（圖2）。
圖2. (a) Ni/Nb2C, Ni/Nb2O5, Nb2C和Nb2O5的紫外可見近紅外漫反射光譜圖。(b) Ni/Nb2C, Ni/Nb2O5, Nb2C和Nb2O5的催化劑表面溫度。（c）Ni/Nb2C在15 sun照射下的等效工作溫度。（d）Ni/ Nb2O5在15 sun照射下的等效工作溫度
要點四：Nb2C負載的Ni納米顆粒催化劑表現出優良的穩定性Ni/Nb2C在長時間工作條件下依然保持著穩定的光熱催化和熱催化性能，反應后的Ni納米顆粒尺寸基本保持不變，證明其具有較好的穩定性。Ti3C2載體也表現出類似的光熱增強和穩定效果，進一步證實了MXene載體在光熱催化中的巨大潛力。
圖3. (a)Ni/Nb2C的固定相光熱催化穩定性測試結果（測試條件：10個循環，每個循環20分鐘）。(b) Ni/Nb2C的流動相熱催化穩定性測試結果（測試條件：400 °C，不加光， 10 h）
文章信息
Niobium and Titanium Carbides (MXenes) as Superior Photothermal Supports for CO2 Photocatalysishttps://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c00990
課題組介紹
中方研究團隊帶頭人為張曉宏教授，現任蘇州大學教授、博士生導師、副校長、教育部“蘇州納米科技協同創新中心”常務副主任，是國家杰出青年基金獲得者，國家“萬人計劃”科技創新領軍人才，國家重大研究計劃項目（973）首席科學家，國家基金委創新研究群體項目負責人，國務院政府特殊津貼獲得者。團隊主要從事新型光功能材料研究，著重研究面向能量轉換的有機及納米半導體材料，具體包括：（1）電→光能量轉換材料與器件（2）光→電能量轉換材料與器件（3）光→化學能量轉換材料與器件，光催化及光存儲器件
課題組招聘
根據課題組發展需要，現擬招收1-2名從事氣相光催化二氧化碳還原研究的博士后研究人員，異相催化相關研究方向的申請者優先考慮。待遇優厚，且有機會到國外知名課題組聯合培養。有意者請發簡歷至lehe@suda.edu.cn。
本信息源自互聯網僅供學術交流 ，如有侵權請聯系我們立即刪除。
| 溫馨提示：蘇州北科納米供應產品僅用于科研，不能用于人體,不同批次產品規格性能有差異。網站部分文獻案例圖片源自互聯網，圖片僅供參考，請以實物為主，如有侵權請聯系我們立即刪除。 |
下一篇： 納米醫學產品1
