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港中深王璐-多伦多Geoffrey Ozin-浙大孙威AMR封面文章：CO2非均相光催化中的光热结合
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香港中文大学（深圳）王璐教授、多伦多大学Geoffrey A. Ozin教授和浙江大学孙威教授合作发表的AMR述评文章“Uniting Heat and Light in Heterogeneous CO2Photocatalysis: Optochemical Materials and Reactor Engineering”在线发表，并入选2022年12月刊封面文章。文章以氧化铟基材料作为典型示例介绍了光热催化过程的三个关键步骤并详细总结了与之对应的材料设计策略，同时从潜在的可拓展反应类型和反应器工程优化等方面对光热催化这一新兴领域的发展前景进行了展望。
关键词：光热催化，CO2转化，光化学材料设计，反应器工程
光热催化领域是一颗冉冉升起的新星，具有巨大的潜力。多伦多大学Solar Fuels Cluster团队于2014年发现可以通过多种材料来实现光热催化CO2转化，并长期致力于光热催化领域的研究。
文章内容简介
近年来，由于大气中CO2浓度（~420 ppm）激增，以可再生能源驱动的CO2催化转化技术受到了学术界和工业界的广泛关注。光热催化作为一颗冉冉升起的新星，它既可以通过光化学作用驱动，也可以由光致热效应驱动，被认为具有巨大的潜力。其中，作为一种高度可调谐的半导体，氧化铟基材料是光热CO2催化中被研究相对充分的一个材料体系。前期工作发现各种形式和结构的氧化铟基材料可以展现出迥异的光热催化性能，选取氧化铟基材料作为一个典型示例可以帮助我们了解如何通过材料化学设计来对催化剂进行优化。
氧化铟等半导体材料的光热催化过程一般可以分为三个关键的步骤：光化学、热化学和表面化学。其中，对于光化学过程，光生电子与空穴可以实现氧化还原反应以及调控表面酸碱度；对于热化学过程，光致声子激发和表面等离子激元导致的声子激发也可以驱动化学反应；对于表面化学过程，表面受阻路易斯酸碱对和氧空位可以放大产物的活性和选择性。上述效应之间的协同作用最终决定了光热催化CO2转化的整体性能。
在本述评中，我们以氧化铟基催化剂为平台，尝试理解光热催化CO2的过程，进而寻找提高量子效率和优化反应器设计的方案，这是发展光热催化这一新兴领域的关键。
AMR小编
请问您选择该领域的原因是？
Geoffrey A. Ozin
Taming CO2 at scale and cost is the greatest challenge facing humanity today.
如今，关于二氧化碳治理的规模化和成本问题是人类面临的巨大挑战。
AMR小编
您对这个领域的发展有何种愿景？
Geoffrey A. Ozin
Gas-phase heterogeneous CO2 Photocatalysis will become technologically and economically viable when photon-to-product efficiency becomes competitive with (solar)thermo, electro, and bio catalysis.
当从光子到产品的转化效率与（光致）热催化、电催化和生物催化的效率相当时，气相非均相光催化CO2转化在技术和经济上将是可行的。
作者团队简介
Geoffrey A. Ozin，多伦多大学杰出大学教授，加拿大政府材料化学和纳米化学研究主席。他目前在多伦多大学领导着Solar Fuels Cluster（www.solarfuels.utoronto.ca）。他还担任英国皇家学院和伦敦大学学院名誉教授、伦敦纳米技术中心外部顾问、马克斯普朗克表面和胶体科学研究所和卡尔斯鲁厄理工学院功能纳米结构中心Alexander von Humboldt高级科学家、巴斯大学全球主席以及伦敦帝国理工学院 Leverhulme教授。此外，他已发表五本著作，包括：Cryochemistry (1976), Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials (2006), Concepts of Nanochemistry (2009), The Story of CO2: Big Ideas for a Small Molecule (2020), Energy Materials Discovery: Enabling a Sustainable Future (2022)。同时他还是加拿大衍生公司 Torrovap、Opalux 和 Solistra 的联合创始人。目前他已获得包括自然科学基拉姆奖（Killam Prize）、阿尔伯特爱因斯坦科学奖（Albert Einstein Award）、纳米化学百年奖（Centenary Prize）和世界能源技术奖（World Technology Award）在内的众多著名奖项。
香港中文大学（深圳）理工学院
助理教授 王璐
王璐，在英国谢菲尔德大学获得学士和硕士学位，并在新加坡南洋理工大学获得博士学位。随后加入加拿大多伦多大学化学系Solar Fuels Cluster担任博士后研究员。目前他在香港中文大学（深圳）理工学院担任tenure track助理教授。他的研究重点是碳基分子的催化转化。
浙江大学材料科学与工程学院
百人计划研究员 孙威
孙威，在吉林大学获得学士学位，并在加拿大多伦多大学获得博士学位。随后在多伦多大学化学系Solar Fuels Cluster担任博士后研究员。目前他在浙江大学材料科学与工程学院担任“百人计划研究员”职务,博士生导师。他的研究重点是用于催化和能源应用的硅纳米结构。
香港中文大学（深圳）理工学院
博士研究生 孙浚川
孙浚川，2019年在日本千叶大学进行交换学习，并于2020年在北京理工大学获得学士学位。毕业后进入香港中文大学（深圳）王璐教授课题组攻读博士学位。他目前的研究方向是光热催化CO2转化。
著作导读
温室气体的过度排放给我们的世界带来诸多不利影响，近年来随着碳中和运动的蓬勃兴起，关于CO2的利用与转化引起了全世界的广泛关注，其中利用可再生能源驱动CO2催化转化为高附加值产物的技术路线受到高度重视。为此，我们向您介绍Geoffrey A. Ozin教授的两本著作，希望它们能帮您对CO2和可再生能源材料有更加深入的了解，欢迎阅读！
英文原版：The Story of CO2: Big Ideas for a Small Molecule (Geoffrey A. Ozin, Mireille F. Ghoussoub, University of Toronto Press) （左）
中文译本：《二氧化碳的故事：小分子，大世界》（杰弗里·厄津 米雷耶·古苏布（著）孙威 何乐（译），科学出版社）（右）
内容简介：
当今的气候危机要求社会各界大幅度减少二氧化碳排放。《二氧化碳的故事：小分子，大世界》紧贴这一重要话题，汇总一系列尖端科学和新兴技术，展示如何将二氧化碳转换成种类纷繁的产品 , 如化学原料、聚合物、药品、燃料。这些方法技术许多已然商业化，令我们不禁重新审视二氧化碳分子：与其将其看作万恶之源，不如视其为有利资源，并在我们对抗灾难性气候变化的百宝箱中，加入“碳捕集与利用”这一有力工具。
《二氧化碳的故事：小分子，大世界》从原子的角度到宇宙的角度，探索二氧化碳的方方面面，带读者进入我们的物质世界，开启一段史诗般的旅程：从宇宙大爆炸的那一刻开始，一直到大气CO2浓度不断攀升的当今世界。本故事旨在用新的碳利用技术激励读者，并解释在向可持续能源经济转变的过程中，其如何适应更广泛的碳减排战略背景。
Energy Materials Discovery: Enabling a Sustainable Future (Geoffrey A. Ozin, Joel Y. Y. Loh, Royal Society of Chemistry)
内容简介：
本书通过材料化学的视角，概括介绍了利用可再生能源技术的能源材料的总体情况。它们有望促进从过去不可再生和不可持续能源系统向未来可再生和可持续能源系统进行过渡。然而，用新材料取代现有能源技术中的材料，不仅要能设计具有卓越的性能指标的材料和技术，而且还需要满足一系列苛刻的经济、监管、社会、政策、环境和可持续性标准。
随着人工智能、机器学习和机器人自动化的出现，对传统的材料发现方式的颠覆正在到来，大量的材料可以被评估，并且可能性是无穷无尽的。本书提供了将这些新技术应用于该领域的一些观点，并概述了在更广泛的技术经济和社会背景下对新的能源材料的探索。任何初出茅庐的研究人员或更有经验的材料科学家都会受到这些探索故事的启发，并对未来趋势萌生展望。
扫码阅读Solar Fuels Cluster团队的精彩Account文章：
Uniting Heat and Light in Heterogeneous CO2 Photocatalysis: Optochemical Materials and Reactor Engineering
Junchuan Sun, Wei Sun*, Lu Wang*, and Geoffrey A. Ozin*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00154
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