CO₂光催化还原反应(CO₂PRR)制备清洁太阳能燃料为实现碳中和提供了一种可持续发展策略。在目标CO₂PRR产物中，太阳能合成气(CO和H₂)可作为工业过程(费托反应、甲醇合成、合成气发酵等)的原料进一步转化为下游化学品。合理设计催化剂是实现CO₂PRR高效性能且产物比例可调的关键。钴基氧化物因其具有丰富的钴位点，可有效地结合和激活CO₂分子，被认为是一种可靠的CO₂PRR催化剂。近年来，一些策略包括晶面工程和形貌结构调控等被广泛用于优化钴基光催化剂催化产物的选择性，但是钴基催化剂的CO₂PRR性能还不能满足需求。寻找普适而有效的策略应用于CO₂PRR制备高效性能且产物组分可调太阳能合成气，成为CO₂PRR领域的一个研究热点。与广泛报道的尖晶石结构相比，岩盐结构钴基氧化物(如钴酸镍，NixCoyOx+y)，其具有较高的载流子密度和氧化还原活性被广泛应用于电化学和光催化水氧化等领域。而且，岩盐NixCoyOx+y表面覆盖着丰富的羟基，为CO₂PRR过程中所产生的关键中间体吸附和光催化反应路径提供了一种可能的渠道。

胡勇教授团队成员通过多步模板策略制备了一种富含羟基的Cu₂S@R_OH-NiCo₂O₃中空双壳层纳米盒(DSNBs)复合光催化剂，并将其应用于高效制备太阳能合成气的研究。得益于分层中空几何结构以及p-n异质结，Cu₂S@R_OH-NiCo₂O₃ DSNBs能够有效促进光吸收和电荷分离，表现出优于单组分(Cu₂S NBs和R_OH-NiCo₂O₃ NSs)的CO₂PR性能(CO: 7.1 mmol g^‒1 h^‒1; H2: 2.8 mmol g^‒1 h^‒1)。此外，光谱和理论分析表明，R_OH-NiCo₂O₃表面增强了*CO₂吸附和降低了CO₂产CO的能垒。因此，通过降低退火温度来增大R_OH-NiCo₂O₃的羟基含量，可使得CO/H₂产物比例从0.51增加到1.24，这项工作为可调合成气的人工光合作用提供了深入的见解。

该课题组自2020年开展新型的CO₂PRR光催化剂研究以来已取得一系列进展，相关成果分别发表在：Appl. Catal. B-Environ. 2021, 293, 120203; Chem. Eng. J. 2022, 434, 133867; Langmuir 2022, 38, 6491等材料、化学领域国际重要期刊上。

相关研究成果得到了浙江省“万人计划”杰出人才项目和浙江省自然科学基金重大项目的资助。

参考资料：http://sky.zjnu.edu.cn/2022/0615/c4932a398234/page.htm