近日，中國科學技術大學蘇州高等研究院/化學與材料科學學院熊宇杰/劉東研究團隊在非金屬等離激元催化劑的開發和連續流光熱催化CO₂轉化領域取得新進展，相關研究成果以“A nonmetallic plasmonic catalyst for photothermal CO₂ flow conversion with high activity, selectivity and durability”為題發表在國際知名期刊《自然?通訊》（Nature Communications, 2024, 15, 1273）。

光熱催化CO₂加氫制備高值化學品和燃料是一種緩解能源和環境問題的有效途徑。其中，活性位點和光吸收單元的精準設計是開發高效光熱催化劑的關鍵。傳統催化劑設計以氧化物負載等離激元金屬助催化劑結構為主，其具有寬光譜光吸收、高效的光熱轉換效率和高比表面積等優點。然而，該類催化劑仍受到制備工藝復雜、成本高等問題的制約。基于此，作者設計了一種具備非金屬等離激元效應的Mo₂N/MoO_2-x光熱催化劑，并通過一步法在催化劑中實現雙活性位點的可控調節，實現了高效、高選擇性、高穩定性的光熱催化CO₂轉化。在流動相條件下，Mo₂N/MoO_2-x催化劑CO生成速率高達355 mmol g_cat^-1 h^-1，產物選擇性超過99%，穩定性長達190小時。結合原位譜學表征和理論計算模擬，證明N原子和O空位雙活性位點的協同作用能夠同時促進H₂和CO₂分子在催化劑表面的吸附活化，從而有效降低反應能壘；另通過多種催化模式對比證明了光熱催化在提高能量轉換效率和熱管理方面的優勢。綜上，這項工作為高效光熱催化CO₂轉化提供了一種簡單有效的催化劑設計思路和機理探究途徑。

圖1：光熱催化CO₂轉化示意圖

蘇州高等研究院特任副研究員萬雪穎和應用化學系博士生陳藝虹為論文共同第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家杰出青年科學基金、國家優秀青年科學基金（海外）等項目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45516-4

注：蘇州高等研究院自建設以來，緊密圍繞“執著攻關創新”核心任務，以學科建設為引領，統籌推進科研平臺、項目、成果和成果轉化一體化發展，取得了積極成效。2024年以來，蘇州高等研究院已取得多項重要科研進展和成果，以論文共同通訊單位發表Science 1篇，Advanced Materials 1篇，Nature Communications 2篇等。

（蘇州高等研究院，科研部）