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蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院景歡旺教授課題組在二氧化碳化學(xué)和綠色化學(xué)研究領(lǐng)域有著二十多年的深厚研究基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)主要開展有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化半導(dǎo)體材料仿生植物光合作用，主要在KHCO3水溶液中，采用兩點(diǎn)接和三電極系統(tǒng)，高效地進(jìn)行光電聯(lián)合催化還原二氧化碳為有機(jī)化合物。研究了配體共價(jià)鍵修飾半導(dǎo)體、原位半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、碳、氮摻雜半導(dǎo)體和金屬間隙化合物衍生的異質(zhì)結(jié)等催化體系，提出了光陰極與卡爾文循環(huán)（Calvin cycle）合二為一的策略，調(diào)控二氧化碳還原過(guò)程的C-C偶聯(lián)規(guī)律研究，圍繞著如何在分子和軌道水平調(diào)控催化劑還原CO2的中間體和反應(yīng)活性位點(diǎn)碳碳偶聯(lián)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，開展了系統(tǒng)的研究工作。實(shí)現(xiàn)了光電催化劑的創(chuàng)新，擴(kuò)展了二氧化碳化學(xué)的研究?jī)?nèi)容。研究成果對(duì)仿生催化、人工光合成和光電催化二氧化碳還原等領(lǐng)域具有引領(lǐng)作用。近五年在Electrochimica Acta, Nano Energy，App. Catal. B., J. Catal., iScience, J. Mater. Chem. A, 和Chem. Eng. J.等國(guó)際知名專業(yè)期刊上發(fā)表論文18篇。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。

相關(guān)成果：

一、 借鑒植物光合作用原理，首次用配體和金屬Pd顆粒模擬植物的Calvin循環(huán)，在雙電極系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)硅電池0.56V電壓下，實(shí)現(xiàn)了乙醇的合成，選擇性大于99%，同時(shí)有微量丁醇生成。高效催化體系，經(jīng)13CO2和H218O同位素實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，乙醇的碳來(lái)自氣相CO2，釋放的氧氣18O2來(lái)自水，故，還原劑為水中的氫原子。由于氣相無(wú)其他副產(chǎn)物，液相僅有乙醇和丁醇，電池的光量子效率達(dá)到0.56%，超過(guò)了植物平均的0.4%，這是真正意義上人工光合成的奠基性工作。該工作發(fā)表于ChemSusChem,2017,10:1742-1748；參與人：張雨倩、韓博、聶融等。

二、 利用間隙金屬化合物的導(dǎo)電特性，設(shè)計(jì)并原位制備了新型異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料TiO2@Ti3C2，共價(jià)嫁接胺配體后，提升了光電催化的效率，在三電極系統(tǒng)中，扣除電化學(xué)的貢獻(xiàn)，電池的光量子效率達(dá)到1.78%。該工作發(fā)表于Nanao Enegry,2018, 51:442–450；參與人：許艷杰，王帥，聶融等。

三、 與中科院蘭化所，化學(xué)所，煤化所合作，用MOFs做前驅(qū)體，設(shè)計(jì)在泡沫銅表面原位制備出C、N共摻雜的保持MOF形狀的ZnO@Co3O4/Cu的p-n異質(zhì)結(jié)和肖特基結(jié)的高效催化劑，利用催化劑的特殊形貌模擬了植物Calvin循環(huán)，由于催化活性位點(diǎn)主要分布于十二面體的頂點(diǎn)，5個(gè)CO2分子可以同時(shí)發(fā)生C-C偶聯(lián)，得到了分子量大于4000的長(zhǎng)碳鏈含氧化合物（類似油狀物漂浮到水面），扣除電化學(xué)的貢獻(xiàn)，電池的光量子效率達(dá)到1.95%。實(shí)現(xiàn)了人工光合成模擬植物光合作用的巨大飛躍。碳鏈生長(zhǎng)機(jī)理經(jīng)過(guò)13CO2同位素表征證明為5個(gè)CH2片段為75的碎片斷裂規(guī)律。該工作發(fā)表于iScience, 2020, 23: 100768；參與人：王金圓、王毅琳、胡斌等。

四、 在碳布上，原位生長(zhǎng)出卟啉COF材料，再電化學(xué)生長(zhǎng)出銅納米棒，利用卟啉COFs優(yōu)異的吸光性能和4個(gè)N的吸附CO2分子并控制碳碳偶聯(lián)的特性，提升了復(fù)合材料的光電催化性能和碳碳偶聯(lián)幾率，提升了C2+產(chǎn)物的選擇性，產(chǎn)物主要為乙醇和丙酮等。該工作發(fā)表于Chem. Eng. J., 2020，396: 125255；參與人：王冰、董亞鵬、魏艷等。

五、 利用Fe的誘導(dǎo)作用，在TiO2半導(dǎo)體表面原位生長(zhǎng)出聚吡咯納米管，經(jīng)部分碳化得到氮摻雜的碳納米管與TiO2半導(dǎo)體組成的電極催化材料，經(jīng)Mott-Schottky測(cè)試的電化學(xué)表征，復(fù)合半導(dǎo)體催化材料隨著退火溫度的增加，其半導(dǎo)體屬性由p-n異質(zhì)結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閚-n同型異質(zhì)結(jié)，催化CO2還原能力得到提升；結(jié)合同位素H218O實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了全新的水中CO2還原的卡賓中間體機(jī)理。該工作發(fā)表于Appl. Catal. B: Environ., 2021，285: 119781；參與人：王金圓、馬江平、張巧蘭、王冰等。

獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利：

1. 一種由二氧化碳和水制備乙醇的方法，ZL201510914432.8；

2. 一種用二氧化碳和水制備甲醇的方法，ZL201611096224.2；

3. 用二氧化碳和水制備長(zhǎng)碳鏈含氧化合物的方法，ZL201811169041.8