中南大学刘敏教授团队开发高倍率金属空位量子点大幅度提高CO2还原性能

近日，中南大学物理与电子学院教授刘敏和国立台湾科技大学的黄炳照教授以及加拿大多伦多大学的Edward H.Sargent等团队合作，首次从金属量子点中“捕获”二氧化碳，使二氧化碳还原效率提升200%以上，大大提升了碳循环利用效率。这一结果，以题为“Quantum-Dot-Derived Catalysts for CO2 Reduction Reaction”,发表在国际顶级期刊《Joule》上。

二氧化碳导致的温室效应，气候变化等问题已经成为世界性的挑战。电化学还原在温和可控的条件下，将二氧化碳还原为有用的碳氢燃料和化学品，是一种具有广阔应用前景的技术。如何设计并制备高效的催化剂是该技术中最关键的核心。

量子点是一种重要的低维半导体材料，通常含有大量的缺陷，导致其光电性能的下降。但缺陷位点常常被认为是催化活性的关键位点，然而，这种缺陷工程在常规金属催化剂中常常难以实现。因此，几方团体合作，首次通过将硫化物量子点原位电化学还原，实现了高倍率金属空位量子点的制备，并将其应用在二氧化碳还原领域。这种量子点衍生的催化剂，保持了3-5nm的尺寸大小，但其金属空位高达20%，并在金属量子点中呈现良好的原子级分散，从而为二氧化碳还原反应，提供了合适的原子结构与电子结构；在数百小时的二氧化碳还原反应中，保持良好的催化活性，其性能超出现有催化剂的两倍之多。该研究具有良好的普适性，在多种金属，如金、银、铜、铅等，均得到良好的验证，在二氧化碳循环利用方面具有极大的应用前景。