中國粉體網(wǎng)訊 多相金屬催化劑在化學工業(yè)領域應用極其廣泛。其中不飽和配位金屬Fe(II)、Co(I)/Co(III)、Ni、Rh等因其暴露豐富的電子軌道，有利于提高電子與反應分子傳遞的效率，顯示了卓越的催化活性和選擇性。其中不飽和配位Znd+(d<2)在光催化甲烷脫氫制備乙烷等催化方面引起了人們的廣泛關注。傳統(tǒng)含不飽和Zn的催化材料一般僅局限于ZnO材料和通過高溫蒸鍍Zn金屬與分子篩所得的催化劑。上述有限的材料以及合成方法繁瑣、易于在空氣中中毒以及不能規(guī)�；a(chǎn)等問題，進一步限制了該催化體系的研究和應用。近些年，隨著石墨烯等超薄二維納米片的發(fā)展，其表面富含豐富的氧缺陷（Vo）有望為制備不飽和配位金屬提供思路。
近期，中國科學院理化技術(shù)研究所超分子光化學研究團隊研究員張鐵銳和英國牛津大學教授Dermot O’Hare合作制備了一種富含缺陷的超薄水滑石（LDHs）納米材料，通過精準調(diào)控層板厚度，成功引入了氧缺陷，進而實現(xiàn)了與氧原子鍵合的不飽和配位Zn的合成。在題為Defect-rich Ultrathin ZnAl-Layered Double Hydroxide Nanosheets for Efficient Photoreduction of CO2 to CO with Water 的文章中，研究人員通過簡單的水熱合成方法，可控水滑石納米晶的生長微環(huán)境，成功實現(xiàn)了水滑石厚度從280層到2層的調(diào)控，粒徑進一步控制在30 nm。X射線精細結(jié)構(gòu)衍射等手段表明，該超薄納米片表面富含大量的氧缺陷，影響了Zn金屬周圍的配位環(huán)境，進而形成了Zn+-Vo復合體。該缺陷位可以有效作為電子受限位，有利于光生電子傳導到反應分子，在光催化還原溫室氣體CO2方面展現(xiàn)了非常好的催化效率和循環(huán)穩(wěn)定性。采用傳統(tǒng)方法合成的大粒徑LDH因為沒有該催化活性位，沒有明顯的光催化活性。通過理論計算和實驗結(jié)合的手段，進一步證實了表面摻雜的氧缺陷作為雜質(zhì)能級，影響了Zn原子周圍電子軌道密度，提高了對CO2吸附能力，促進了光催化還原反應。該合成方法簡單，催化劑對空氣等不敏感，易于保存，并且可以規(guī)模化制備；該思路同樣適用于制備其他不飽和金屬（Fe、Co、Ni、Ti等）摻雜的水滑石材料，為制備高效多相金屬催化劑搭建了一個材料平臺。
相關研究結(jié)果發(fā)表在國際材料期刊《先進材料》（Advanced Materials）上，并被選為當期“首插圖（frontispiece）”向讀者重點推薦。隨后國際著名科學媒體ChemistryViews 以Desirable Defects in Photocatalytic Nanoslices 為題對該研究進行了亮點點評（highlight）。報道認為，通過引入缺陷位，實現(xiàn)了不飽和配位Zn的調(diào)控，提供了一種非貴金屬光催化還原CO2的路徑；更重要的是，該方法不僅局限于Zn，還適用于制備其他不飽和配位金屬。
相關研究工作得到了科技部國家重點基礎研究計劃、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年科學基金項目、重大研究計劃培育項目、青年基金、中組部青年拔尖人才支持計劃、中國科學院前沿科學重大突破項目的大力支持。
《先進材料》首插圖及超薄ZnAl水滑石納米片光催化還原CO2性能
近期，中國科學院理化技術(shù)研究所超分子光化學研究團隊研究員張鐵銳和英國牛津大學教授Dermot O’Hare合作制備了一種富含缺陷的超薄水滑石（LDHs）納米材料，通過精準調(diào)控層板厚度，成功引入了氧缺陷，進而實現(xiàn)了與氧原子鍵合的不飽和配位Zn的合成。在題為Defect-rich Ultrathin ZnAl-Layered Double Hydroxide Nanosheets for Efficient Photoreduction of CO2 to CO with Water 的文章中，研究人員通過簡單的水熱合成方法，可控水滑石納米晶的生長微環(huán)境，成功實現(xiàn)了水滑石厚度從280層到2層的調(diào)控，粒徑進一步控制在30 nm。X射線精細結(jié)構(gòu)衍射等手段表明，該超薄納米片表面富含大量的氧缺陷，影響了Zn金屬周圍的配位環(huán)境，進而形成了Zn+-Vo復合體。該缺陷位可以有效作為電子受限位，有利于光生電子傳導到反應分子，在光催化還原溫室氣體CO2方面展現(xiàn)了非常好的催化效率和循環(huán)穩(wěn)定性。采用傳統(tǒng)方法合成的大粒徑LDH因為沒有該催化活性位，沒有明顯的光催化活性。通過理論計算和實驗結(jié)合的手段，進一步證實了表面摻雜的氧缺陷作為雜質(zhì)能級，影響了Zn原子周圍電子軌道密度，提高了對CO2吸附能力，促進了光催化還原反應。該合成方法簡單，催化劑對空氣等不敏感，易于保存，并且可以規(guī)模化制備；該思路同樣適用于制備其他不飽和金屬（Fe、Co、Ni、Ti等）摻雜的水滑石材料，為制備高效多相金屬催化劑搭建了一個材料平臺。
相關研究結(jié)果發(fā)表在國際材料期刊《先進材料》（Advanced Materials）上，并被選為當期“首插圖（frontispiece）”向讀者重點推薦。隨后國際著名科學媒體ChemistryViews 以Desirable Defects in Photocatalytic Nanoslices 為題對該研究進行了亮點點評（highlight）。報道認為，通過引入缺陷位，實現(xiàn)了不飽和配位Zn的調(diào)控，提供了一種非貴金屬光催化還原CO2的路徑；更重要的是，該方法不僅局限于Zn，還適用于制備其他不飽和配位金屬。
相關研究工作得到了科技部國家重點基礎研究計劃、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年科學基金項目、重大研究計劃培育項目、青年基金、中組部青年拔尖人才支持計劃、中國科學院前沿科學重大突破項目的大力支持。
《先進材料》首插圖及超薄ZnAl水滑石納米片光催化還原CO2性能
