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( 二 ) “在中山大学读书时

提供保护策略，缓解电极性能衰减
在相关反应条件下，刘桂继阐明了氧化亚铜光电极的变化，借此可提供一种保护策略，让电极性能衰减得到缓解。
在光照下，与理论预测一致的是，他发现氧化亚铜在材料中，同时经历光电子还原和空穴氧化过程，并且其性能衰减的速率、和电解质存在关联。
基于对机理的深刻理解，刘桂继设计出一种保护方案：使用银催化剂来加速光生电子的转移、以及Z型异质结来捕获空穴。
结果表明，在二氧化碳还原过程中，光阴极具有长达几小时的稳定光电流，乙烯转化的法拉第效率约为60% ，并能持续数小时，而裸的氧化亚铜在几分钟内，性能就会开始衰减。
随后刘桂继还证明了如下规律：将氧化亚铜整合在异质结中，同时调节载流子的利用率，可在非水系溶液中利用氧化亚铜光阴极，进行可选择、可持续的CO?还原制乙烯。

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（来源：NatureEnergy）
历时两年多才有突破性技术
研究中，刘桂继首先要测试材料，期间他发现材料和溶液有着密切关系。一般认为，溶液是一个支持条件，不会影响到材料本身的性质。
但是他发现，材料跟溶液接触有着重要联系。由此，他开始进行化学光谱以及各方面表征，并对前后变化进行对比。通过原位测试，他直接观察到材料在光照状态下、即工作状态下的变化。
所谓原位实验，指的是反应发生时，同时观察其变化，它可查看东西变化的过程。但有时它的变化并不在起始和末尾，而是在中间状态。在这一过程中，刘桂继需要查看反应发生时它的变化过程，因为有可能把物体脱离反应条件后，它又变回其他状态。
通过这些表征测试，他获悉了材料腐蚀变坏的过程。随后，他掌握了几则重要因素，通过抑制这些因素，设计出相应的解决办法，并通过修饰对它进行保护，以便延长工作寿命。
【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】一般认为，材料腐蚀和材料本身的性质有关，尤其在涉及光腐蚀时。因此在测试时会把固体材料放到液体中进行测试。但是作为支持性电解质，一般不考虑液体溶液的影响，而只是作为普通条件测试。不过这个材料做出来时是固体，当放进溶液的一刹那，就会发生意想不到的反应，这导致它腐蚀得特别快。这个额外因素，之前并未意识到，在他经过细致对比和实验后，才逐渐摸索到。

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（来源：NatureEnergy）
有望改变当前能源结构
该研究耗时几年，历时两年多才有突破性技术。尤其是发现溶液的问题最为艰难，这时一个宽松科研环境就很重要，因为没有急功近利的要求，他能以平和心态沉浸在问题中，并可以尝试高风险实验。
当前，国际普遍比较关注碳中和。因此，可利用太阳能作为可再生能源，然后将二氧化碳转化成乙烯，从而用于生产化学品具有一定的实用价值，有利于解决二氧化碳的排放问题。
如果用太阳能去驱动，就可替代目前的化石燃料，并告别石油这类不可再生燃料。如果可以进入工业化，即可改变目前的能源结构。未来，该研究的相关方法和保护策略，也可扩展到氧化亚铜之外的其他光电催化材料。