曲阜师大新闻中心讯 近日，曲阜师大化学与化工学院颜廷江教授在国际顶级期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了题为“Bismuth atom tailoring of indium oxide surface frustrated Lewis pairs boosts heterogeneous CO2 photocatalytic hydrogenation”的学术论文。曲阜师范大学为论文的第一署名单位和第一通讯署名单位。这是颜廷江教授继2019年在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition等国际顶级刊物发表重要学术成果之后，在太阳能光催化CO2还原领域取得的又一突破性成果。
缺陷型氧化物中的表面“受阻”路易斯酸碱对（surface Frustrated Lewis Pairs，SFLPs）为多相催化反应提供了具有明确结构和组成的活性位点，可用于H2或CO2分子的活化和解离，为高性能光催化CO2加氢催化剂的设计以及光催化机制的理解提供了新的研究思路。富含氧空位和表面羟基的In2O3-x(OH)y是一例典型的固体SFLPs催化剂，包含一个路易斯酸位点（与氧空位毗邻的配位不饱和的铟原子）和一个路易斯碱位点（相邻的另一个铟原子上的表面羟基）。其他科研者也基于氧空位和表面羟基成功构建了CoGeO2(OH)2和CeO2-x等SFLPs型催化剂。然而，这些研究均是利用表面缺陷构建出了SFLPs催化剂，如何进一步实现SFLPs性能的优化调控仍然是一项挑战。
晶格工程是调控氧化物电子结构等性质的有效手段，基于前期研究积累，颜廷江教授与加拿大多伦多大学的Geoffrey Ozin教授合作，提出了一种简便的溶剂热方法，在In2O3中实现了Bi3+对In3+位点的原子级精准取代，进而实现了对路易斯酸碱性质和催化剂电子光学性质的合理调控。通过选用廉价和安全的铋替代铟，可以制备出具有广谱太阳光吸收的BixIn2-xO3。研究表明，单位点Bi3+代替In3+后，提供了性质更强的路易斯酸碱对Bi3+/O2-，可以显著增强对CO2分子的吸附和活化，同时Bi 6s2孤对电子引入了新的能级态。这种原子精准的晶格工程，实现了SFLPs位点活性和太阳能光子吸收效率的有效调控，大大增强了光催化CO2加氢性能。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19997-y
此外，2020年8月，颜廷江教授还基于立方相（cubic，c-）到菱形相（rhombohedral，rh-）氧化铟In2O3-x(OH)y的相变，通过调节rh/c-In2O3-x(OH)y多晶型异质结对CO2加氢光催化剂性能的指标，构建出了新型高效的缺陷异相结光催化剂，对未来可再生合成燃料的发展提供了良好的契机。相关工作发表以“How to Make an Efficient Gas-Phase Heterogeneous CO2 Hydrogenation Photocatalyst”为题发表在国际顶级期刊Energy & Environmental Science（影响因子30.289）。曲阜师范大学为论文的第一署名单位和第一通讯署名单位。
文章链接：https://doi.org/10.1039/D0EE01124J
2020年11月，颜廷江教授与Ozin教授继续合作，将SFLPs型In2O3-x(OH)y与具有金属特性的TiN材料耦合，经过煅烧处理后，所得复合催化材料TiN@TiO2@In2O3−x(OH)y可以在较宽的光谱范围内收集阳光，并透过光热效应产生高的局部温度，使其能够以极大超过单个组分或任何二元组分的转化率驱动光激活水气变换反应。相关研究成果以“Plasmonic Titanium Nitride Facilitates Indium Oxide CO2 Photocatalysis”为题发表在国际著名刊物Small（影响因子11.459）。曲阜师范大学为论文的通讯署名单位。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202005754
颜廷江，化学与化工学院教授，博士毕业于福州大学光催化研究所。目前课题组的研究领域主要包括光催化CO2还原、光催化分解水、光催化降解环境污染物、微纳复合材料的合成及其在光学、储能、太阳能电池等领域的应用。主持国家自然科学基金2项、山东省自然科学基金面上项目、中国博士后特别资助项目等多项课题；以第一或通讯作者在Nat. Commun., Angew. Chem.-Int. Edit., Energy Environ. Sci., Small, Environ. Sci. Technol., Appl. Catal. B: Environ.等期刊发表论文30余篇。获山东省高校青创科技计划创新团队带头人、山东省高等学校科学技术二等奖、山东省高校青年教师教学比赛三等奖、曲阜师范大学青年教师教学比赛二等奖、山东省高等学校优秀科研成果三等奖等荣誉，指导1名研究生和1名本科生分别获得山东省优秀硕士论文和山东省优秀学士论文。
新闻来源：科技处 化学与化工学院
审核：屈跃宽
编辑：孙琪
