韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院(DGIST)近日對外宣布，該院能源工科專業(yè)的In Suil教授團隊開發(fā)出了一種新型的光催化劑，可將二氧化碳選擇性轉(zhuǎn)變成甲烷或乙烷等一類能源物質(zhì)。

　　隨著二氧化碳排放量的增加，全球變暖的趨勢正在加劇，業(yè)內(nèi)都在關(guān)注二氧化碳減排的相關(guān)技術(shù)。與此同時，隨著能源的逐漸枯竭，迫切需要新型的燃料資源。因此，為了解決這些嚴峻的環(huán)境社會問題，有關(guān)光催化劑的研究備受關(guān)注，這種光催化劑可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成烴類燃料。

　　在光催化劑的研究中，大多采用的是禁帶寬度(Band gap)較大的半導(dǎo)體物質(zhì)，但這類物質(zhì)在吸收光能方面有一定局限性。因此，只有改善光催化劑的構(gòu)造和表面，才能擴大其光能吸收區(qū)域，而且需要開發(fā)電子傳導(dǎo)性優(yōu)秀的二維材料。

　　In Suil教授團隊通過穩(wěn)定高效的方法，在還原后的二氧化鈦表面涂上石墨烯，這種新型的光催化劑可將二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷或乙烷等。研究表明，光催化劑在氣相中可以將二氧化鈦進行選擇性轉(zhuǎn)換，甲烷和乙烷的生成量分別為259umol/g，77umol/g，相比現(xiàn)有的二氧化鈦光催化劑，轉(zhuǎn)化率分別提高了5.2%和2.7%。值得一提的是，在相似的試驗條件下，乙烷的生成量已經(jīng)達到了全球領(lǐng)先的水平。

　　另外，研究團隊與倫敦帝國學(xué)院(ICL)化學(xué)系的James R. Durrant教授團隊進行國際合作，借助光電子分光學(xué)理論，最終證實，在二氧化鈦和石墨烯界面呈現(xiàn)的禁帶彎曲現(xiàn)象使得空穴向石墨烯移動。

　　向石墨烯方向的空穴移動使得電子在二氧化鈦表面聚集，從而加快反應(yīng)，多電子參與反應(yīng)，形成了大量的甲烷自由基(CH3)。這些甲烷自由基與氫離子反應(yīng)后生成甲烷，而且甲烷自由基相互反應(yīng)后形成乙烷。

　　此次開發(fā)的光催化劑可以利用太陽光生成更高級別的烴類物質(zhì)，今后將有助于應(yīng)用于各種領(lǐng)域，還有望緩解地球溫室效應(yīng)，以及能源枯竭問題。

　　In Suil教授表示，此次開發(fā)的二氧化鈦光催化劑可以選擇性生成甲烷或乙烷等一類物質(zhì)，轉(zhuǎn)化效率高，今后有助于減少二氧化碳排放，以及資源化利用。

　　另一方面，此次研究成果已經(jīng)刊登于國際能源知名期刊《Energy & Environmental Science》（能源與環(huán)境科學(xué)）的網(wǎng)絡(luò)版。