cu2o Nature子刊: 氧化亚铜纳米立方体光催化CO2加氢

第一作者:万丽丽(南开、多伦多)；通讯员:周启星(南开)、孙伟(浙江大学)、杰弗里·奥津

传播单位:南开大学、浙江大学、多伦多大学

纸doi: 10.1038/s41929-019-0338-z

全文概述

本文报道了一种合成稳定的氧化亚铜纳米立方体的方法。纳米立方体表面由混合价的铜组成。同时具有Cu(0，I，II)，氧空位和羟基OH，表面混合态的存在使歧化反应Cu2O → Cu+CuO可逆，从而使纳米立方体对氧化稳定，并能在温和条件下异裂H2和吸附CO2，从而实现气相驱动的CO2光催化加氢(逆水蒸气转移反应，H2+CO2 → CO+H2O

背景介绍

CCu2O是一种极其理想的半导体材料。它具有2-2.2电子伏的直接带隙，因此广泛应用于可见光光催化和水溶液中CO2的电催化。而氧化亚铜不稳定，容易发生Cu2O → Cu+CuO的歧化反应。这极大地限制了它在光电催化中的应用。

另一方面，Cu2+立方体主要有两种类型。一种是用表面活性的有机化合物如SDS、PVP、弱还原剂、碱等得到单价的铜立方体。第二种方法是控制酸碱度水解氯化亚铜。然而，这些方法要么引入有机碳杂质，要么不可控，这使得Cu2O纳米立方体难以用于气相光催化CO2加氢。

全文快速解决方案

鉴于此，作者提出了另一种合成路线，不涉及有机配体。从泡沫铜开始，在空气体中氧化，然后浸泡在盐酸中，用去离子水洗涤，然后通过超声振荡离心得到独立的纳米管(本文标记为CF-Cu2O)。纳米管表面含有一定量的氯离子，在氩气中550℃加热可以去除，但形貌保持不变，但会形成一定量的氧化铜。

▲图1。独立纳米立方体和粉末的生长机理。作者认为，纳米立方体在盐酸处理过程中生成的CuCl水解生成独立的Cu2O，在此过程中会残留一些Cu2(OH)3Cl。红外光谱显示铜(ⅰ)-氧的晶格振动。

▲图2。HRTEM对立方氮化硼的表征。

▲图3。cf-Cu2O的光催化性能。当CO2/H2 = 5/1时，催化剂的性能和稳定性优于1:1。作者发现LTA-3A投入反应后，催化剂的稳定性和性能进一步提高，因此作者认为反应产生的水对纳米立方体仍有影响。

▲图4。无光条件下CF-Cu2O的原位漂移。a是H2的室温裂解，b是H活化表面的CO2转化。作者认为1，137cm1是Cu(I)-H振动，说明H2是杂合子。

▲图5。CF-Cu2O的原位漂移和光照条件。在这种光照条件下，氢的裂解过程类似于暗反应，也是异裂解。引入CO2后，逐渐形成碳酸盐(1，505-1，530cm-1)、吸附水(1，630cm-1)和一氧化碳(2，060，2，077和2，094cm-1)。

▲图6。cf-Cu2O光催化CO2加氢机理。

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文章链接:

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

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