构建气液固三相异质结体系，高效光催化还原 CO2新突破

传统光催化 CO2还原的液固、气固两相系统存在诸多问题，研究人员构建气液固三相可漂浮 CMF/Bi2WO6/C3N4系统。该系统 CO 生成率高，为优化光催化反应提供新思路。

　　随着城市化和工业化的不断推进，化石燃料的过度消耗产生了大量的二氧化碳（CO₂），这不仅导致了严重的能源短缺，还引发了环境污染问题。光催化 CO₂还原技术作为一种清洁无污染的手段，有望通过模拟自然光合作用，利用太阳能将 CO₂转化为高附加值的化学品，对于缓解能源危机和全球变暖意义重大。

然而，目前传统的光催化系统主要是液固和气相固两相系统，它们各自存在着明显的缺陷。在液固系统中，催化剂在水中沉淀，不仅导致光在水下传播时吸收衰减严重，限制了光吸收，而且 CO₂在水中的溶解度低、传播速度慢，不利于反应物 CO₂的传质过程，同时催化剂还容易在水中团聚，反应时需要磁力搅拌，额外消耗能量。在气固系统中，虽然克服了 CO₂传质的问题，但反应物与催化剂的接触不充分，还可能存在 CO₂气体和水蒸气的竞争吸附现象。因此，探索新的光催化系统迫在眉睫。

在此背景下，研究人员开展了构建气液固三相可漂浮系统用于光催化 CO₂还原的研究。他们以碳化三聚氰胺海绵（CMF）为基底，负载 Bi₂WO₆/C₃N₄（BWO/CN）作为光催化剂，构建了 CMF/BWO/CN 体系。研究发现，该气液固三相界面能够满足 CO₂还原（气固）和水氧化（液固）的优选反应条件，展现出显著的 CO₂还原活性，CO₂还原为 CO 和 CH₄的速率分别达到 113.5 μmol g^–1 h^–1和 3.91 μmol g^–1 h^–1 。这一研究成果为优化光催化反应提供了新的视角和思路，在光催化材料的实际应用方面具有重要意义，该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上。

研究人员在实验过程中主要运用了以下关键技术方法：首先采用碳化 - 热剥离 - 水热策略制备可漂浮的 CMF/BWO/CN 异质结系统；利用空气热剥离法剥离 CN 纳米片；通过一系列处理制备 CMF，并对其进行表征分析。

下面具体介绍研究结果：

• 制备 CMF：将市售三聚氰胺海绵（MF）切割后，用乙醇和去离子水超声清洗，干燥后置于敞口坩埚，在氩气氛围下 400°C 灼烧 1 小时，升温速率为 6°C/min，最后再次清洗并烘干得到 CMF。
• 构建可漂浮 CMF/BWO/CN Z 型异质结构系统：采用碳化 - 热剥离 - 水热策略制备该系统。碳化后的 CMF 孔隙结构与原始 MF 相比变化不大，CN 纳米片通过空气热剥离法剥离，随着剥离时间增加，样品出现明显褶皱边缘，有利于反应进行。
• 光催化性能：CMF/BWO/CN 在三相界面的 CO 生成率为 113.5 μmol g^–1 h^–1，是分散在液相中的纳米颗粒的 3.05 倍，展现出优异的光催化 CO₂还原性能。

研究结论表明，研究人员成功构建了可漂浮的 CMF/BWO/CN 系统，该系统在气液固三相界面展现出显著的 CO₂还原活性。其优异的性能主要归因于两方面：一方面，BWO/CN 通过 N - H 键连接形成 Z 型异质结，其构建的强内建电场促进了光生载流子的分离和迁移；另一方面，CMF 基底的光热效应能够将反应局部温度升高至 74°C，有利于提高反应速率。

该研究的意义在于，为解决传统光催化 CO₂还原系统存在的问题提供了有效的解决方案。通过设计气液固三相反应系统，不仅克服了传统系统中光吸收、反应物传质和催化剂回收等难题，还显著提高了光催化 CO₂还原的效率，为光催化材料在实际应用中的发展开辟了新的道路，有望推动相关领域朝着更加高效、环保的方向前进，对于缓解能源危机和应对全球气候变化具有重要的潜在价值。