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效率飙升300%！我国研发「光合催化剂」98.7%精准转化工业废气

时间：2025-06-04 16:35来源：www.cijmfd.com作者：百科点击：

当钢厂烟囱还在喷吐二氧化碳时，传统光催化技术还在为3%的转化效率挣扎？西安交通大学团队在《能源前沿》发布突破性成果：其研发的0D/1D铋基钙钛矿/WO₃ Z型异质结催化剂，在可见光下将CO₂转化为CO的效率提升300%，产物选择性达98.7%，相当于在万吨废气中精准捕捞碳分子，为工业碳减排按下加速键。

从单打独斗到光合协作：Z型异质结打通电子高速路

传统催化剂如同瘸腿运动员——铋基钙钛矿擅长捕捉CO₂却易抱团失效，WO₃能拆解水却无力还原碳。研究团队仿植物光合作用，构建Z型电子链（一种双向电子传递系统）：

0D钙钛矿（Cs₃Bi₂I₉）化身捕碳手，专攻CO₂→CO转化1D WO₃纳米棒担任拆水工，分解水提供电子通过原位生长技术将两者原子级键合（图1d），形成纳米级电子立交桥。实验显示，电子传输效率提升50倍，电荷复合率降低80%。

钉子与轨道设计：1D骨架锁死0D粒子防脱逃

铋基钙钛矿的致命伤是遇水团聚。团队利用静电吸附原理（WO₃带正电 vs 钙钛矿带负电），将0D纳米颗粒像钉子般锚定在1D纳米棒表面。电镜图像显示，15%负载量的复合催化剂（CBI/WO₃-15%）中，钙钛矿间距稳定在50纳米（图1d），彻底解决抱团罢工难题。论文证实，该结构使活性位点暴露量增加3倍。

三组数据破纪录：弱光环境照样高效捕碳

在模拟阴天的420nm可见光下（100mW/cm²）：

效率跃升：CO产率16.5 μmol/(g·h)，较纯钙钛矿（5.3 μmol/(g·h)）提升300%（图3a）精准狙击：98.7%产物为纯净CO，仅含0.3%甲烷（图3b），杜绝有毒副产物日夜连轴转：连续工作9小时效率零衰减（图3d），同位素标记（¹³CO₂）证实碳源100%来自废气

暗藏短板：暴雨天效率打七折

技术仍存局限。论文指出，当光照强度＜50mW/cm²（相当于暴雨前夕），CO产率下降30%。团队坦言：这如同太阳能车突遇乌云——光子'燃料'供应不足。正开发稀土元素助催化剂，目标将弱光响应提升50%。

产业革命：钢厂碳捕集成本直降60%

以千万吨级钢厂测算：✅ 传统碳捕集：600元/吨 + 高能耗✅ 新技术：屋顶装光反应器 + 零额外耗能 + 产物CO用于炼钢综合成本降至240元/吨，年减碳量相当于种植3.6万公顷森林。

伦理警钟：铋元素降解周期待验证

尽管使用无铅材料，但铋在自然环境中的降解行为尚未明确。论文呼吁建立催化剂遗骸追踪系统，防止环保技术反成生态负担。

正如研究者所述：当每一缕阳光都在吞噬二氧化碳，净零排放将照进现实。这项突破不仅破解工业碳捕集痛点，更推动光催化技术从实验室走向钢铁丛林。

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