余家国/张留洋Nature子刊: Mn和C共掺杂的ZnO核-三重壳空心球光催化剂对光催化CO2还原具有稳定活性和高选择性

利用太阳能将CO₂转化为富含能量的产品是减轻全球能源短缺和环境危机的可持续解决方案之一。但是，实现可靠且经济的CO₂转化仍然具有挑战性。

武汉理工大学余家国、张留洋等报道了一种Mn和C共掺杂的ZnO核-三重壳空心球光催化剂(Mn、C-ZnO CTSHS)，能够用于有效光催化还原CO₂(CO₂PR)。

Mn、C-ZnO CTSHS光催化剂具有独特的核-多壳结构，能够提供优异的CO₂还原活性，比商业ZnO高两倍。活性的增强归因于光吸收的改进、物质和电荷轻松穿过薄壳层以及优化的CO₂吸附和活化。

另外，Mn物种对ZnO晶格中Zn离子的取代在CO₂ PR过程中起着不可或缺的作用。Mn物种充当CO₂吸附的活性中心，通过抑制析氢反应来加速CO₂还原。

原位X射线光电子能谱结果表明，Mn物种可以在CO₂PR后恢复其原始氧化态，而无需外部处理或辅助还原剂。

相反，Mn⁽ⁿ⁺¹⁾⁺物种可以从 ZnO的CB中获取一个光生电子形成Mn^n+，从而恢复其活性。因此，Mn离子可以作为一种耐用且高效的助催化剂用于CO₂PR。

Sustained CO₂-photoreduction activity and high selectivity over Mn, C-codoped ZnO core-triple shell hollow spheres. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25007-6