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使用太陽能將CO₂轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)燃料的光催化是改善全球變暖和能源危機的有吸引力的選擇。在這方面，光熱CO₂催化已成為將CO₂轉(zhuǎn)化為增值燃料和化學(xué)品的有效方式。與傳統(tǒng)的光化學(xué)CO₂催化相比，光熱催化利用了整個陽光光譜，將光子轉(zhuǎn)化為熱。例如，據(jù)報道，在沒有額外的外部加熱的情況下，CO₂和H₂就能轉(zhuǎn)化為CH₄和CO。同樣，用一種商業(yè)上可用的Ni催化劑和H₂將CO還原為CH₄也被報道。此外，還觀察到一種由分層雙氫氧化物衍生的CoFe基光熱催化劑產(chǎn)生C₂₊碳?xì)浠衔?。人們?yōu)樘岣叽呋瘎┑墓鉄嵝?yīng)付出了巨大努力，以提高日化能轉(zhuǎn)換效率。盡管最近取得了進(jìn)展，但需要改進(jìn)光熱催化劑，以更有效地收集和使用太陽能。

蘇州大學(xué)張曉宏教授、何樂教授以及多倫多Geoffrey A. Ozin教授在Nature Energy合作發(fā)表最新成果，Greenhouse-inspired supra-photothermal CO₂ catalysis。

在這里，作者設(shè)計了一個催化劑結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)超光熱甲烷化和反向水氣轉(zhuǎn)移（RWGS）催化。該催化劑由鎳納米晶體和納米硅殼組成，稱為Ni@p-SiO₂，當(dāng)在陽光下時，光產(chǎn)生帶間電子和帶內(nèi)電子的非輻射弛豫會加熱鎳納米晶體芯。Ni芯的熱能被納米多孔SiO₂殼的隔熱和紅外屏蔽效應(yīng)所限制，提供了超光熱效應(yīng)，這與“溫室效應(yīng)”的原理類似。Ni@p-SiO₂獲得的微觀局部溫度（T_local）超過了裸鎳納米晶體（Ni-NC）以及二氧化硅-氧化鋁支持的鎳催化劑（Ni/SiO₂·Al₂O₃）幾十度。此外，與Ni-NC和Ni/SiO₂·Al₂O₃相比，外SiO₂殼保護(hù)封裝的鎳納米顆粒在反應(yīng)條件下更耐燒結(jié)和焦化。因此，芯殼催化劑可以根據(jù)廉價和地球含量豐富的元素，以更快的速度和強大的長期穩(wěn)定性將CO₂和H₂轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)品和燃料。

他們未來的研究將側(cè)重于研究光對光熱催化反應(yīng)的影響。此研究提供了對光熱催化劑設(shè)計原則的深入了解，是邁向可持續(xù)太陽能燃料行業(yè)的關(guān)鍵一步。

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