全光谱响应卤氧化铋体系构建及其太阳能诱导的光-热协同催化CO2转化研究

Carbon dioxide (CO2) is the main greenhouse gas. Massive emissions can lead to the increased greenhouse effect, and result in global warming and melting glaciers, then cause a rise in sea level and a threat of human living environment. On the other hand, CO2 is also a valuable resource. Therefore, exploring effective method for CO2 utilization has become an important research topic in many countries. In this project, based on our previous works on photocatalytic CO2 reduction over bismuth hydroxide (Bi-O-X), full spectrum response Bi-O-X catalytic system is proposed. The light and thermal effects of solar energy are used to achieve photo-thermal synergistic catalytic CO2 conversion. Finally, in situ infrared spectrum and on-line gas mass spectrometry were used to analyze the type and content of intermediate products during CO2 conversion. Combining the isotope tracing experiment, density functional theory, transition state theory and molecular dynamics theory calculation, the CO2 conversion mechanisms will be confirmed. The success of this project can improve the solar energy utilization efficiency of bismuth oxyhalide materials, and promote the chemical resource utilization of CO2. In addition, it can provide a guidance for other solar catalytic materials to study the solar energy induced photo-thermal synergistic catalytic CO2 conversion.

二氧化碳(CO2)是主要的温室气体，大量排放会导致温室效应的加剧，随之产生的全球气候变暖，冰川融化，海平面上升等都严重威胁着人类的生存环境。但是，CO2也是一种相当宝贵的资源。由此，探索如何有效地资源化CO2已经成为世界上许多国家的重要研究课题。基于申请人前期在卤氧化铋(Bi-O-X)光催化还原CO2方面的工作，本项目提出构建全光谱响应Bi-O-X催化体系，充分利用太阳能光效应和热效应，达到光-热协同催化CO2转化的目的。最后，采用原位红外表征技术和在线气体质谱分析技术，实时分析CO2转化过程中间产物类别及含量变化。结合同位素跟踪实验和密度泛函(DFT)理论、过渡态理论、分子动力学理论计算，推导的CO2转化机理。该项目的成功可提高Bi-O-X系列材料的太阳能利用效率，促进CO2化学资源化利用，为其它太阳能催化材料进行太阳能诱导的光-热协同催化CO2转化研究起到借鉴意义。

太阳能是地球上最清洁的能源，二氧化碳(CO2)是主要的温室气体。本课题聚焦太阳能的光热协同效应，开展了CO2转化方面的工作，包括Bi-O-X、MoO3-x、WO3-x、g-C3N4、Cu2O、COF等催化材料的调控制备、改性，及其太阳能催化CO2转化性能与机制研究。揭示了光热效应诱导的C2产物生成机制；阐明晶面依赖的烃类产物高选择性生成机制。同时，作为该项目的重要补充，开展了太阳能诱导的光热协同灭活致病性微生物、乙醇脱水、生物质聚糖选择性转化等方面研究。以第一作者或通讯作者发表SCI论文24篇；获湖北省“杰青”(2022年)、湖北省“楚天学者”计划(2020年)和河南省高校科技创新团队带头人（2019）；获2022年中国发明协会创新成果奖二等奖(排1)、2021年湖北省自然科学奖三等奖（排1）等省部级奖励2项。培养硕士研究生10名，其中7名已经毕业。