中国科学家将CO?制乙烯效率提至60%，二氧化碳变燃料更进一步 “在中山大学读书时

“在中山大学读书时，物理化学的课程吸引了我。后通过保研，到中科院大连化学物理研究所硕博连读。当时很多人不理解，因为高分子和有机化学才是热门化学方向，学完也更好找工作。但我还是遵循内心，选了一个非热门专业。 ”见证小众成为流行，是劳伦斯伯克利国家实验室化学科学部85后科学家刘桂继的最好形容。而在碳中和大背景下，昔日冷门已成为热门。

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图|刘桂继（来源：刘桂继）
他说：“2010年我开始进实验室做科研，那时光电催化二氧化碳研究才刚兴起不久。经过几年变化，大家越来越重视，相关领域的研究量也在逐年攀升。 ”
11月8日，他刚以一作身份在NatureEnergy发表了一篇论文，题为《CO?还原制乙烯：Cu?O光电极降解机理的研究及减缓》（InvestigationandmitigationofdegradationmechanismsinCu?OphotoelectrodesforCO?reductiontoethylene）。在可行的技术器件中，该研究揭示了实施光电催化材料的途径[1] 。

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图|相关论文（来源：NatureEnergy）
半导体材料稳定性问题待解
近年来，围绕二氧化碳的新研究层出不穷。若能把二氧化碳还原成清洁燃料，即可利用可再生太阳能转换成化学能，对于仍存在环境污染和化石能源枯竭的当下，无疑是一件大好事。
一般认为利用以半导体光电极为基础的光电化学装置能吸收太阳能并促使化学反应发生是把二氧化碳转为清洁燃料的有效方法。
基于金属氧化物的光电极，具备成本低、含量丰富、制备方便等优点，在构建光电化学装置器件上已得到广泛应用。

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（来源：NatureEnergy）
但在操作条件下，目前可用的高效金属氧化物的光阳极和光阴极，往往会发生明显的降解从而导致性能衰退，这让光电化学系统在能量转换和能量存储上的应用备受阻碍。
在金属氧化物的光电阴极中，由于具备较窄的带隙，因此氧化亚铜能捕获到可见光。此外，它的能带结构比较合适，因此可用于析氢反应、或二氧化碳还原反应。
但是，一般在几分钟内，氧化亚铜的光电阴极就会出现明显的光电流衰减。这种失去活性，一般和热力学有关。

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（来源：NatureEnergy）
由于氧化亚铜还原为铜和氧化为氧化铜的氧化还原电位均位于带隙内，因此在光照下，氧化亚铜的光腐蚀反应更容易进行。然而针对氧化亚铜光电阴极的光腐蚀途径，尚未得到完整理解，如果对此进行深入研究就有可能针对类似的不稳定材料合理设计一种保护方案，从而解决材料稳定性问题。
过去，刘桂继和团队一直在做太阳能转化，他们希望通过二氧化碳还原的方式，把二氧化碳转化成可用化学品或燃料，期间会利用太阳光，并涉及到半导体材料。

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（来源：NatureEnergy）
如前所述，氧化亚铜等多数半导体材料在还原条件下都不稳定。但却几乎没人去研究不稳定的原因，以及如何把它应用在合适条件下。
与此同时在工作条件下，金属氧化物发生的化学转化，限制了它在人工光合作用中的应用。因此认识这些化学变化，是实现太阳能燃料和化学品可持续生产的前提。而在该研究中，刘桂继要解决的正是这个长期性痛点。