基于光学深度调控的光热催化剂内在光学选择性优化与甲烷产率纪录突破

《Nature Communications》：Driving catalysts to the intrinsic optical selectivity limit for accelerating photothermal catalysis

　　

摘要

优化光热转换性能（最大化太阳光吸收、最小化中红外辐射发射率）以及催化活性对于制备高效光热催化剂至关重要。然而，大多数催化剂缺乏内在的光学选择性（即高 α_solar 和低 ε_MIR），并且无法有效抑制 ε_MIR，这严重影响了它们的催化性能。在此，我们提出了一种光学深度调控策略，旨在使催化剂达到其内在的光学选择性极限。该方法在金属氧化物中得到了验证，能够在不损害催化活性的前提下同时最大化 α_solar 并最小化 ε_MIR。在光热萨巴蒂埃（Sabatier）和博世（Bosch）反应中，该策略使甲烷产量提高了约590%，碳纳米管产量提高了约200%。值得注意的是，经过优化的 Co_2.85Ru_0.15O₄ 光学选择性催化剂的光热转换效率提高了约26.7%。在这一优化效果下，该催化剂在2.8 W cm^?2的光强度下实现了3375.5 mmol g_cat^?1 h^?1 的创纪录甲烷产率。这一创新策略为光热催化剂实现内在光学选择性提供了新的前景。