导读
近日，兰州大学化学化工学院景欢旺教授团队受邀在《iScience》上发表了题为“Photoelectrocatalytic reduction of CO 2to Paraffin Using p-n Heterojunctions”的研究论文，首次报道了将用半导体模拟植物卡尔文循环实现了二氧化碳和水在光电联合催化下转化为长链蜡状有机物，实现了光电催化分解水和二氧化碳还原的高效耦合；为太阳能存储和二氧化碳减排的工业化应用奠定了基础。博士研究生王金圆为论文的第一作者，景欢旺教授为通讯作者。
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能源是国民经济发展和社会生活保障的重要物质基础。化石能源资源的有限性和使用过程中造成的大量CO2温室气体排放的环境污染问题已经很严重。这导致全球气候的厄尔尼诺现象加剧，影响人类社会的可持续发展。如何解决二氧化碳的过度排放和能源紧缺问题，向大自然学习，模仿植物的光合作用是一条有着光明前景的道路。
兰州大学景欢旺教授团队从事CO 2的固定和转化工作二十余年。近几年，他们根据植物光合作用中的卡尔文循环，巧妙设计构建了系列新型光电催化人工光合成体系---光电催化池 ，它由多重功能化的光阴极、BiVO 4光阳极、KHCO 3电解液和外加光电池构成。其中的反应不仅涉及光电催化CO 2还原和光解水，还包含控制C-C偶联反应 的卡尔文循环过程。
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本文是又一例将光电阴极和卡尔文循环合二为一的范例：由MOFs前驱体制备出氧化钴-氧化锌-氧化铜的p-n半导体异质结催化CO2在水中直接制备长碳链有机含氧化合物并放出氧气，MOFs的形状提供了类似植物细胞的空间效应，p-n异质结的内界电场促进了C-C偶联，并限制了体系的产氢，从而制备出了超过290个碳链的蜡状有机物，实现了 将太阳能高效存储为化学能-- 碳基能源分子之目的。新型人工光合成系统的光量子效率为1.95% （扣除偏压-0.4V电化学工作站的电量贡献100%法拉第效率）。
上述研究是与中科院化学所、中科院兰州化学物理所和中科院煤化所合作完成并受到煤炭转化国家重点实验室开放基金、应用有机国家重点实验室开放基金和甘肃省自然科学基金的资助。
文章详见链接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100768
来源 | 兰州大学 编辑 | 化学加
