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A位取代對A2V2O7（A = Co、Ni、Cu和Zn）可見光下（xià）還原CO2活性影響（xiǎng）
發布（bù）時間：2022-07-28 瀏（liú）覽量：2426
1. 文章信息
標題（tí）：A2V2O7 (A = Co, Ni, Cu and Zn) for CO2 reduction under visible-light irradiation: effects of A site replacement
頁碼：10.1016/j.apcatb.2022.121722
2. 文章鏈（liàn）接
專用鏈接 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121722
3. 期刊信息
期刊名：Applied Catalysis B: Environmental
ISSN: 0926-3373
影響因子：24.319
分區（qū）信息：中科院1區；JCR分（fèn）區（Q1）
涉（shè）及研究方向：化學
4. 作者信息：
第一（yī）作者：南京大學現代工程與應用科學學院博士研究生（shēng）：杜孟洋，陳勇
通訊作者：南京大學現代工程與應用科學學院（yuàn）教授：李朝升
5. 產品型號：北京中（zhōng）教金源（yuán）(CEL-PF300-T8, AULTT, China)（300 W氙（xiān）燈，可見光範圍（wéi））、CEL-PAEM-D8Plus光催化活性評價（jià）係統(專業全自動二氧化（huà）碳還原+全解水)
文章簡介：
目（mù）前，地球大氣中的CO2含量已經超過415 ppm，達到曆（lì）史新高，帶來了全球變暖（nuǎn）、冰川融化、海（hǎi）平麵（miàn）上升等一係列氣（qì）候變化和環境問題。因此，降（jiàng）低大（dà）氣中CO2濃（nóng）度（dù）勢在必行（háng）。與減少大氣中二氧化碳（tàn）的其他途徑相比，直（zhí）接還原CO2轉（zhuǎn）化為有用的化學品和燃料更（gèng）有（yǒu）吸引力，能同時緩解能源短缺（quē）和環境問題。利用太陽光能量和半導（dǎo）體光催（cuī）化劑，模擬（nǐ）植物的自然光合作用過（guò）程，將CO2還原為太陽能燃料（liào），具有規模化應用的可能性。釩酸鹽因為天然的窄帶隙具有（yǒu）吸收可見光的優勢，並且在光照下穩定，是一係（xì）列潛在的高效光催化劑。
基（jī）於此（cǐ），我們以過渡金屬釩酸鹽為研究對象（xiàng），探究其光催化活性，並對（duì）其進行優化，嚐試尋找合適的單組份催化（huà）劑。主要研究內容如下：通過固相燒結法合成了一係列單斜晶係的二元金屬釩酸鹽A2V2O7（A= Co、Ni、Cu、Zn），並探索了A位陽離子的改（gǎi）變對釩酸鹽能帶（dài）結構、光（guāng）學性質（zhì）、催（cuī）化（huà）性能的影（yǐng）響。
結（jié）合實（shí）驗和理論計算，根據晶體場理論（lùn）對釩酸鹽能帶結（jié）構進行解釋，並進一步研究了能帶結構對半（bàn）導（dǎo）體催化劑催化活性（xìng）的影響。研究發現，二價過渡金屬（shǔ）元素（Co、Ni、Cu、Zn）3d軌道不僅和O 2p軌道雜化提升了價帶頂（dǐng）位（wèi）置，且（qiě）主要（yào）構成導帶的V 3d軌道也受其影響（xiǎng）。由於Ni2V2O7具有最強的晶體（tǐ）場分裂能和最短的平均鍵（jiàn）長，其V 3d軌道分裂最寬，理論上更有利於加速光生載（zǎi）流（liú）子的遷移，提（tí）高光催化活性。
同時，一係（xì）列光電化學實驗結果也對此進行了印證。此外，根據Tanabe假設（shè）推斷出A位點是材（cái）料表麵的堿性位點，改變A位離子的種（zhǒng）類對於表麵堿度會產生影響。根據CO2吸附和TPD的測試結果（guǒ），Ni2+的存在使釩酸鹽表（biǎo）現（xiàn）出更強的堿性特征。這有利於CO2的吸附活化，促進CO2的（de）還原。總之，我們通過調控釩酸鹽A2V2O7（A = Co、Ni、Cu、Zn）的A位離子，實現了能帶和表麵酸堿度的同時改變。這其中，當A位為Ni時，Ni2V2O7因為具有最負的導帶位置、最短的V-O鍵長和最多的堿性活性中心，表現出最（zuì）優異的（de）光催化活性。這些結（jié）果將（jiāng）為探索釩酸鹽在光催化方麵的研究提供借鑒。
我們一致認為本文（wén）的創新之處有以下幾點（diǎn）：
1. A位陽離（lí）子的改變能同時調控（kòng）釩酸鹽A2V2O7（A= Co、Ni、Cu、Zn）的能（néng）帶結構和表麵（miàn）酸堿性。
2. 二價過渡金屬元素（Co、Ni、Cu、Zn）3d軌道與O 2p軌道雜（zá）化形（xíng）成了價帶頂，使相應的釩酸鹽A2V2O7（A= Co、Ni、Cu、Zn）均具有可見光響應。
3. 根（gēn）據Tanabe假設、CO2吸附（fù）和TPD測試結果，釩酸鹽A2V2O7（A= Co、Ni、Cu、Zn）中（zhōng）Ni2+具有最強的表麵（miàn）堿性。
