CEJ：看TableXAFS谱仪助力光催化CO2还原研究

X射线吸收精细结构(XAFS)技术作为表征催化剂活性中心电子结构与配位环境的有力手段近年来得到了研究者们的普遍关注，然而基于同步辐射光源的XAFS实验受限于机时紧张，往往不能满足研究者们的需求。为此，安徽创谱仪器科技有限公司开发了TableXAFS谱仪，可在实验室开展多种样品的XAFS/XES测试，对于在同步辐射光源实验平台开展的相关测试和数据形成有效补充，助您实现“想测就测、随时可测”的XAFS自由。事实上，基于TableXAFS谱仪的应用拓展能力，研究者们也开展了光催化CO2还原的原位XAFS研究，相关成果发表在高水平期刊之上。

下面就随着小编一起，进一步看TableXAFS谱仪如何助力光催化CO2还原的研究吧~

—— 成果展示 ——

在CO2经光催化还原为甲烷的路径中，一个巨大的挑战就是质子与CO2的耦合和质子与质子间的耦合存在着剧烈的竞争，这最终导致产物CH4的选择性比较低。有鉴于这一科学问题，西南石油大学周莹教授团队设计并通过热解法制备了如图1a所示的氮掺杂碳封装金属Co纳米颗粒(N-C@Co)结构的光催化剂，实现了CO2还原过程中CH4产物的高选择性。

通过原位漫反射红外以及DFT计算，从实验和理论模拟两个角度揭示了催化剂的高效工作机制在于N-C@Co表面与反应物H2O分子间形成的分子间氢键抑制了质子的自由迁移以及关键中间体CO的脱附。在本工作中，研究者们利用创谱仪器TableXAFS谱仪对N-C@Co光催化剂的电子结构与Co原子的局部配位环境进行了表征，所得XANES以及EXAFS结果对于理论计算中模型的构建以及进一步阐明催化剂的构效关系起到了至关重要的作用。如图1b的近边谱图所示，N-C@Co位于Co foil与CoO标准物质之间，说明其中Co物种的价态介于0价与+2价之间。图1c的R空间谱图表明N-C@Co样品中不存在Co-(O)-Co的散射路径，表明其中没有CoOx物种的存在，这一点也得到了图1d中样品小波变换谱图的证实。进一步的，研究者们对N-C@Co的拓展边结果进行了拟合，结果如图1e-f所示，Co纳米颗粒核通过Co-C成键的形式与氮掺杂碳壳层产生强相互作用，促进了载流子的分离效率，相较纯金属Co显著提高了N-C@Co表面的光生电子浓度。特别值得一提的是如图1f中灰线所示，TableXAFS谱仪所得结果在高k区域仍保持高信噪比，体现了测试数据较高的质量。

图1 (a) N-C@Co光催化剂的结构与形貌表征 (b-d) N-C@Co及参考样品的XANES、FT-EXAFS、小波变换谱图 (e-f) N-C@Co的EXAFS谱图在R、q、k空间的拟合结果。

总的来说，这一研究工作为设计出具有高CH4选择性的CO2还原光催化剂提供了思路，论文第一作者为马敏智，通讯作者为黄泽皑，周莹。相关成果以“Intermolecular hydrogen bond modulating the selective coupling of protons and CO2 to CH4 over nitrogen-doped carbon layers modified cobalt”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。