碳纤维负载ZnO纳米棒阵列耦合CuNi2纳米颗粒：一种高效光催化CO2还原的新策略

本文创新性地在碳纤维（CF）基底上构建ZnO纳米棒阵列（NRAs），并通过负载CuNi2双金属纳米颗粒（1% CuNi2@45-ZnO NRAs/CF）显著提升光催化CO2还原性能，其CH4产率达23.1 μmol·g?1·h?1，归因于肖特基势垒（Schottky barrier）、表面等离子体共振（SPR）及压电场等多机制协同作用。

　　

Highlight

本研究首次在切碎碳纤维（CF）上构建45度取向ZnO纳米棒阵列（45-ZnO NRAs），并通过调控CuNi₂双金属纳米颗粒负载量制备异质结构（x% CuNi₂@45-ZnO NRAs/CF）。性能测试表明，1%负载样品的光催化CO₂还原活性最优，CH₄产率高达23.1 μmol·g^?1·h^?1，较纯ZnO体系提升近4倍。

Characterization of photocatalysts

通过扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）分析发现，硝酸回流处理的CF表面洁净（图2a），沉积ZnO晶种后形成均匀微晶（图2b-d），为水热生长纳米棒提供成核位点。X射线衍射（XRD）证实CuNi₂成功负载，且紫外可见光谱显示其表面等离子体共振（SPR）效应显著拓宽了光响应范围。

Conclusions

1% CuNi₂@45-ZnO NRAs/CF的优异性能源于：①CuNi₂-ZnO界面肖特基势垒抑制电子回流；②金属纳米颗粒SPR效应增强光捕获；③阵列结构提供大比表面积；④ZnO纳米棒内建压电场促进载流子分离；⑤CF基底的光热转化协同提升反应动力学。该工作为设计高效CO₂还原催化剂提供了新思路。