近日，课题组在国际知名期刊 Langmuir 发表了题为 “3D Interwoven SiC/g-C₃N₄ Structure for Superior Charge Separation and CO₂ Photoreduction Performance” 的研究论文（DOI: 10.1021/acs.langmuir.4c04436）。该研究由我课题组硕士研究生 邵宏磊 为第一作者，围绕 三维交错结构SiC/g-C₃N₄复合催化剂 在光催化CO₂还原中的应用展开，显著提升了光生载流子分离效率和CO₂转化性能，为光催化碳减排提供了新的策略。

研究背景

随着全球温室气体排放的持续增长，CO₂的高效转化与利用成为应对气候变化的关键技术之一。光催化CO₂还原因其利用太阳能将CO₂转化为高附加值燃料的潜力，受到广泛关注。然而，常见光催化剂如石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其 电子迁移率低、光生载流子复合严重、CO₂吸附能力有限，限制了其催化性能。因此，开发高效光催化剂以提升CO₂还原效率成为重要研究方向。

本研究提出了一种 基于微波辅助构筑SiC/g-C₃N₄三维交错结构的策略，利用SiC的高导电性、微波吸收能力及优异的界面耦合效应，提高光催化CO₂还原的电子传输效率，实现高效太阳能转化。

研究亮点

1、微波辅助构筑三维交错结构

采用 SiC晶须作为微波吸收介质，在SiC表面形成局域“超热点”，诱导尿素高效热解，实现SiC/g-C₃N₄的原位生长，避免传统物理混合导致的界面结合弱问题。

该方法可实现可控合成，构筑稳定、高效的光催化剂，为其他异质结催化剂的设计提供参考。

2、优化电子结构，实现高效电荷分离

SiC和g-C₃N₄形成 II型异质结，在光照下，光生电子从g-C₃N₄迁移至SiC，而空穴留存于g-C₃N₄表面，减少了电子-空穴复合，提高了光生载流子的利用效率。

瞬态光电流、阻抗谱（EIS）和光致发光（PL）实验 证实，SiC/g-C₃N₄ 复合材料具有更快的电子传输速率和更低的载流子复合概率。

3、增强CO₂吸附能力，提高催化活性

SiC的高比表面积提升了CO₂分子的吸附能力，实验表明SiC/g-C₃N₄复合催化剂的CO₂吸附量显著高于纯g-C₃N₄。

DFT计算 显示，SiC在催化剂界面处形成额外的活性位点，增强了CO₂分子与催化剂的相互作用，从而提高了催化效率。

4、光催化CO₂还原效率显著提升

在模拟太阳光照射下，SiC/g-C₃N₄（SCN）复合催化剂的CO产率达 17.78 μmol g⁻¹h⁻¹，选择性高达93.28%，相比于纯g-C₃N₄ 提升了 3倍以上。

催化剂表现出 优异的循环稳定性，在多次光催化循环实验中活性几乎无衰减，展示出良好的实用化潜力。

研究意义

本研究开发的 SiC/g-C₃N₄三维交错复合催化剂，通过 微波诱导合成、异质结优化和界面工程，有效提高了光生电荷分离效率和CO₂还原性能，为 太阳能驱动CO₂转化 提供了一种高效、稳定的新型催化剂体系。该策略不仅适用于CO₂还原，还可推广至光解水制氢、有机污染物降解等光催化体系，为 新能源开发与环境治理 领域提供新的技术路径。

本研究的成果进一步推动了 多尺度光催化剂设计 的发展，展现了微波合成技术在功能纳米材料制备中的独特优势，为未来高效可再生能源材料的开发奠定了重要基础。

欢迎对该研究感兴趣的师生交流探讨！