近期，足球比分直播化工学院焦星辰教授课题组在CO₂催化转化方面取得重要进展，研究成果“Infrared Photothermal Catalytic Reduction of Atmospheric CO₂Into CO with 100% Selectivity via Dual-Plasmon Resonance Conductor”在线发表于Adv. Mater. (https://doi.org/10.1002/adma.202503021)，“Infrared-Light-Driven CO₂Reduction Realized by a Charge-Asymmetrical Metallic Conductor”在线发表于Nano letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01505)。

利用太阳能将二氧化碳（CO₂）转化为各种含碳燃料被广泛认为是解决能源危机和减少温室气体影响的一个有前途的解决方案。目前，许多具有宽带隙的光催化剂已被广泛开发用于CO₂光还原。然而，这些光催化剂的主要限制是它们优先吸收紫外线和可见光，而对红外光的利用效率不高，红外光约占太阳光谱的50%。为了成功实现由红外光驱动的光催化，需要开发具有窄带隙的光催化剂。

基于此，足球比分直播化学与材料工程学院焦星辰教授与中国科学技术大学周蒙教授合作设计了具有双等离子体共振效应的金属导体Au-Cu₇Te₄纳米线，在温和的条件下利用红外光还原空气浓度的CO₂，生成物CO的选择性为100%（图1）。实验结果表明，Au-Cu₇Te₄纳米线的CO生成速率约为2.7 μmol g^?1h^?1，比Cu₇Te₄纳米线高4倍。此外，结合价带XPS光谱分析和DFT计算，进一步揭示了该材料的金属特性。原位傅里叶变换红外光谱研究表明，*COOH是红外光热催化CO₂还原过程中的关键中间体。吉布斯自由能计算表明，作为限速步骤的*COOH在Au-Cu₇Te₄纳米线(0.96 eV)上的生成能垒比Cu₇Te₄线(1.54 eV)上更低。通过XANES光谱和超快吸收光谱揭示了从Cu₇Te₄纳米线到Au纳米颗粒的电子转移过程。本研究从实验和理论上证明了具有金属性质的双等离子体共振导体可以优化CO₂光还原的三个关键过程，包括增强对红外区域光的吸收、促进空穴-载流子分离、降低热力学反应能垒，开创了一种更“绿色”的CO生产新模式。

此外，焦星辰教授与中国科学技术大学谢毅院士合作设计了Co掺杂的CuInS₂纳米片，通过Co原子掺杂，使CuInS₂纳米片上的电荷不对称性进一步提升，从而提升红外光驱动的CO₂还原成C₂H₄的产率（图2）。作者通过价带X射线光电子能谱和理论计算验证了CuInS₂纳米片的金属性，又通过Bader电荷计算证实在Co原子掺杂后，活性位点的电荷不对称性进一步加剧，形成的电荷不对称的Cu?In对位点加速了*CO和*COH中间体的C?C耦合。此外理论计算还证明了Co掺杂有效降低了*COCOH的形成能垒，促进了C–C偶联，有利于C₂H₄产生。结果表明，Co掺杂的CuInS₂纳米片的CH₄生成速率为0.123 μmol g^?1h^?1，是CuInS₂纳米片的1.83倍。

上述两项工作分别在线发表在Adv. Mater.以及Nano letters上，足球比分直播化学与工程学院焦星辰教授、陈庆霞副教授为该论文的共同通讯作者。其中足球比分直播化工学院2024级博士研究生李梦倩和2023级硕士研究生韩泽群为第一项工作的共同第一作者；足球比分直播化工学院3届本科生，2018级本科生胡秦源（现2024级博士研究生）、2019级本科生张志兴（现2022级硕士研究生）和2021级本科生于杨露为第二项工作的共同第一作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和足球比分直播高层人才启动基金等基金资助。

双等离子体光催化剂上红外光催化还原空气浓度CO₂的示意图

具有电荷不对称双活性位点的导体催化剂上红外光催化CO₂还原制C₂产物的示意图