【南林新闻中心讯】近日，我校化学工程学院姚建峰教授团队在化工领域顶级期刊《AIChE Journal》（美国化学工程师协会会刊）上发表了题为“Surface structure modulation of biochar enables high-efficiency photodriven CO2 fixation”的研究文章(文章链接：https://doi.org/10.1002/aic.18935)。化学工程学院青年教师丁美丽和硕士研究生荣威为论文第一作者，姚建峰教授为唯一通讯作者，我校为唯一完成单位。该研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金项目的资助。

在“双碳”背景下，利用可再生能源（如太阳能）将环氧化物和二氧化碳（CO2）转化成价值更高的环状碳酸酯是CO2资源化利用的理想途径之一。然而，严重的光生载流子复合和CO2分子固有的热力学稳定性和动力学惰性被认为是阻碍光催化CO2环加成催化性能的两个主要因素。近年来，光热协同催化技术作为一种先进的催化模式为CO2环加成反应的低能耗催化提供了新途径。生物质衍生炭（BC）因其独特的结构、宽光谱响应及优异的导热性能成为了一类重要的光热材料。但是，BC材料的光热催化性能受限于其有限的催化活性位。因此，开发可用于高效CO2化学固定的BC光热催化剂迫在眉睫。

图：玉米秸秆衍生炭的表面结构调控（a），BC-NaClO、BC-HNO3、BC-NaOH、BC及TBAB催化反应体系的光热效应对比（b），不同催化反应体系的光热驱动CO2环加成催化性能对比（c）

玉米秸秆衍生炭的表面结构调控（a），BC-NaClO、BC-HNO3、BC-NaOH、BC及TBAB催化反应体系的光热效应对比（b），不同催化反应体系的光热驱动CO2环加成催化性能对比（c）研究团队采用表面结构调控策略将多种含氧官能团修饰在了玉米秸秆衍生炭表面以得到三种BC材料（BC-NaClO、BC-HNO3及BC-NaOH），并研究其在光热驱动CO2环加成中的表现（图1）。在6 h内，BC-NaClO通过光热协同催化获得了优异的环状碳酸酯产率（100%），远优于BC（26%）、BC-HNO3（38%）及BC-NaOH（68%）。此外，在连续10个循环和模拟烟气环境中，它表现出显著的稳定性。其催化性能的增强源于中空结构导致光利用率和光热效应的增强、高密度的活性位以及由多级孔结构提供的高效传质效率。此外，团队还证实光生空穴和光生电子在环氧化物和CO2活化中起到了重要作用。本研究为通过合成新颖的生物质炭催化剂用于光热催化CO2固定制备高价值化学品提供了一种策略。