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?四單位聯(lián)合Nano Energy：光催化耦合旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，增強(qiáng)CF@ZnO/NiO/Au催化CO2還原

太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光催化CO₂還原反應(yīng)(CO₂RR)是生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物和緩解能源危機(jī)的有效方法。對(duì)于傳統(tǒng)光催化劑，仍存在光生電子和空穴嚴(yán)重復(fù)合的問(wèn)題，這限制了光催化CO₂RR的實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)有效的策略來(lái)抑制光催化劑的電荷復(fù)合具有重要意義。

基于此，東南大學(xué)李乃旭、東北林業(yè)大學(xué)陳文帥、西安交通大學(xué)劉茂昌和中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所楊亞等開(kāi)發(fā)了一個(gè)光-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(RMF)耦合反應(yīng)器，有效增強(qiáng)了CF負(fù)載的ZnO/NiO/Au光催化劑(CF@ZnO/NiO/Au)的CO₂光催化還原活性。

該策略設(shè)想將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需的機(jī)械能，并通過(guò)泡沫銅切割磁感線在導(dǎo)電基板上進(jìn)一步誘導(dǎo)電場(chǎng)。當(dāng)引入RMF時(shí)，感應(yīng)電場(chǎng)可以降低光生載流子之間復(fù)合的概率，提高光生載流子遷移率，提高載流子密度，并進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；并且轉(zhuǎn)速越快，誘導(dǎo)電場(chǎng)越強(qiáng)，對(duì)CO₂還原動(dòng)力學(xué)的影響就越明顯。同時(shí)，結(jié)合NiO和Au納米粒子的協(xié)同效應(yīng)，可以大大提高光能利用率和CO₂的光催化效率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在整體式光催化劑上集成RMF產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)上，CF@ZnO/NiO/Au光催化劑的光生電子利用率提高了5.24倍，并且CO和CH₄的產(chǎn)率分別提高了5.50倍(從7.35 μmol g^?1提高到40.44 μmol g^?1)和5.18倍(從8.56 μmol g^?1提高到44.36 μmol g^?1)。

總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作不僅為構(gòu)建反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更強(qiáng)、實(shí)用性能更高的整體式光催化劑提供了新思路，也顯示出場(chǎng)耦合光催化技術(shù)的巨大應(yīng)用前景。

Boosted Photocatalytic CO₂ Reduction by Induced Electromotive Force in Rotating Magnetic Field. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.10857

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