Nature子刊：氧化亞銅奈米立方體光催化CO2加氫

氧化亞銅怎麼製取

第一作者：Lili Wan（南開和多倫多）；

通訊作者：周啟星（南開），孫威（浙大），Geoffrey A。 Ozin

通訊單位：

南開大學，浙江大學，多倫多大學

論文DOI：10。1038/s41929-019-0338-z

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本文報道了 一種合成穩定的

Cu

2

O

奈米立方體（Nanocubes）的方法。該Nanocube表面由混合價態的Cu組成。同時具有

Cu（0，I，II）

，氧空位以及羥基OH，該表面混合態的存在使得歧化反應

Cu

2

O

→ Cu + CuO

變得可逆，從而使得該nanocubes對氧化穩定，可以在溫和條件下異裂

H

2

和吸附

CO

2

，從而實現在氣相驅動

CO

2

光催化加氫，（逆水汽變換反應，

H

2

+ CO

2

→ CO + H

2

O

）。

背景介紹

C

Cu

2

O

是一個極其理想的半導體材料。

它具有2-2。2 eV的直接

帶隙，因此在水溶液中被廣泛用於可見光催化與電催化

CO

2

等過程，但是氧化亞銅不穩定，容易發生歧化反應

Cu

2

O

→ Cu + CuO

。這極大地制約著其在光電催化中的應用。

另一方面，

Cu

2

O

立方體的合成主要有兩類，一類從二價

Cu

2+

出發，利用表面活性有機物如

SDS， PVP ，弱還原劑

，鹼等得到一價銅立方體。第二類方法涉及到控制PH水解

CuCl

得

到

。

但是這些方法要麼引入了有機碳雜質，要麼不可控，使得

Cu

2

O

奈米立方體

用於氣相光催化

CO

2

加

氫應用的困難。

全文快解

有鑑於此，該文作者提出另一種合成路徑，不涉及有機配體。他們從泡沫Cu出發，在空氣中氧化，然後用鹽酸浸泡，去離子水洗淨，再透過超聲振盪，離心分離懸浮液就可得到無支撐（freestanding）奈米立方體（文中標記為CF-

Cu

2

O），該立方體表面含有部分Cl，在Ar中550℃加熱可去除，而形貌不變，但會有部分CuO形成，記為

CF-Cu

2

O Ar-550C

。

▲圖

1

。

無支撐（freestanding）奈米立方體的生長機制以及粉末XRD和SEM圖。作者認為nanocubes在鹽酸處理過程中，形成的CuCl在水洗過程中的水解產生了freestanding的

Cu

2

O

，該過程會殘留一些

Cu

2

（OH）

3

Cl

。

FTIR

顯示出

Cu（I）-O

晶格

振動

。

▲圖

2

。 HRTEM 表徵

CF-Cu

2

O。

▲圖

3

。

CF-Cu

2

O的光催化效能。

CO

2

/H

2

= 5/1時，催化劑效能及穩定性都較1：1時更好。作者發現將分子篩

LTA-3A

放入反應中後，催化劑穩定性和效能進一步提升，因此作者認為反應生成的水對nanocubes依然有影響。

▲圖

4

。

CF-Cu

2

O的原位DRIFTS，無光條件。a為H2的室溫裂解，b為H活化表面的CO2 轉化。作者認為

1，137 cm

−1

是

Cu（I）-H

振動，說明H2的異裂。

▲圖

5

。

CF-Cu

2

O的原位DRIFTS，光照條件。此光照條件下，氫氣的裂解過程與暗反應類似，也為異裂。而通入CO2之後，碳酸鹽（

1，505–1，530 cm

−1

）

，吸附水

（1，630 cm

−1

）

，與CO（

2，060， 2，077 and 2，094 cm

−1

）均逐漸形成。

▲圖

6

。

CF-Cu

2

O的光催化CO2加氫機理。

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文章連結：

https：//www。nature。com/articles/s41929-019-0338-z

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