光热制备技术——实现非层状结构材料二维化并引入双功能氧缺陷

　　利用太阳能驱动催化反应极具潜力，因为其能耗远低于传统的热催化和电催化。然而实现高效的太阳能催化过程，获得充分的光吸收是先决条件。在氧化物催化材料体系中，制造氧缺陷能够使吸收光谱拓宽及吸光强度得以提升，是一种简单而有效的方法；同时，表面氧缺陷又是诸多反应物分子的催化活性位点。因而形成大量的表面氧缺陷成为催化材料的设计重点，其可以借助构建超细、超薄的微结构得以实现，但是这些超细、超薄的纳米材料在传统加热设备中热处理产生氧缺陷时极易烧结，导致微结构被破坏而功亏一篑。所以，在超细、超薄的微结构上引入氧缺陷面临合成技术的极大挑战。

　　氧化铟（In₂O₃）是一类重要的催化材料，其晶体结构为非层状结构，将其制备成超薄二维结构并引入氧缺陷可谓难上加难。天津大学材料科学与工程学院、华中师范大学化学学院、日本国家物质材料研究所(NIMS)等三家机构合作，通过水热法先制备氢氧化铟纳米片，再在CO₂加氢还原的反应气氛中进行光热处理，制备了超薄的氧化铟纳米片(图c-e)，由于丰富的表面氧缺陷，该材料呈黑色，光吸收可覆盖整个太阳光光谱；同时，研究还发现这类表面氧缺陷在CO₂分子的吸附、活化及反应中间体的稳定中起到重要作用。以上两方面有利因素有效的促进了CO₂的光热催化加氢。此外，有益于该超薄二维结构，除了电子自旋共振谱(electron spin resonance, ESR)和X射线光电子能谱(x-ray photoelectron spectroscopy，XPS)等谱学表征，首次通过透射电子显微镜技术(ABF-STEM)直接观察到In₂O₃系列材料的氧缺陷。

　　研究者相信，此项研究将会为超细、超薄材料的制备及改性提供有益借鉴，基于太阳能的催化材料的制备并利用两者驱动催化反应可能成为未来低能耗工业催化的典范。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201903915)上，该论文第一作者为天津大学材料科学与工程学院的博士生齐宇航，通讯作者为华中师范大学化学学院的欧阳述昕教授。