研究目的
研究一种用于高效红外光驱动二氧化碳还原的超薄导体系统设计。
研究成果
以CuS原子层为代表的超薄导体系统通过协同的带内-带间跃迁过程，实现了高效的红外光驱动二氧化碳还原。该体系在保持高稳定性的同时，CO产物的选择性接近100%，这表明各类导体材料在红外光响应光催化领域具有潜在应用价值。
研究不足
该研究以硫化铜为模型体系，其结论对其他导体材料的适用性尚需进一步验证。实验条件针对红外光照射设定，未探究其他光照条件下的性能表现。
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超薄导体实现高效红外光驱动二氧化碳还原
DOI：10.1021/jacs.8b10692
期刊：Journal of the American Chemical Society
出版年份：2018
更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要：
利用低光子能量的红外光同时将二氧化碳和水转化为碳氢化合物和氧气仍是一项巨大挑战。本研究设计了一种超薄导体系统，其中特殊的部分占据能带作为媒介，既能保证红外光吸收，又能满足理想的能带边缘位置要求；而超薄结构则提升了电荷分离速率与表面氧化还原动力学性能。以低成本且地壳储量丰富的硫化铜（CuS）为例，我们首先制备了超薄CuS层——通过温度依赖性电阻率、价带谱及理论计算证实其具有金属特性。同步辐射光电子能谱与紫外-可见-近红外光谱显示，金属态CuS原子层可在红外光照射下实现新型的带内-带间协同跃迁，产生的电子与空穴能同时参与二氧化碳还原与水氧化反应。结果表明，在红外光照射下，CuS原子层展现出近100%的选择性一氧化碳产率（生成速率为14.5微摩尔/克·小时），且催化性能经96小时测试后无明显衰减。简言之，凭借超高导电性与独特部分占据能带的特性，导电金属硫化物与金属氮化物等丰富导体材料有望成为高效的红外光响应光催化剂。
作者：
Xiaodong Li，Liang Liang，Yongfu Sun，Jiaqi Xu，Xingchen Jiao，XiaoLiang Xu，Huanxin Ju，Yang Pan，Junfa Zhu，Yi Xie
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