【原】福建农林周顺桂&叶捷Angew: 半导体生物纳米材料用于CO2-CH4高产率转化！

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研究内容

甲烷微生物和纳米半导体的生物纳米杂化材料为太阳能驱动的二氧化碳(CO2)转化为甲烷(CH4)提供了一种强有力的策略；然而，电子的生产和利用之间的效率不匹配导致量子产率和CH4选择性较低。

福建农林大学周顺桂教授和叶捷报道了一种以氰酰胺(NCN)为修饰基团的无金属聚合物氮化碳(CNx)通过静电作用与巴氏甲烷八叠球菌 (M. b)集成，从而产生M. bNCNCNx生物纳米杂化材料。在光照下，自组装的M. b-NCNCNx表现出50.3%的量子产率和92.3%的CH4选择性。相关工作以“Metal-Free Semiconductor-Based Bio-Nano Hybrids for Sustainable CO2-to-CH4 Conversion with High Quantum Yield”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. CNx具有吸引人的电子结构、高的物理化学稳定性、强大的催化化学势和环境友好的特性，纳米半导体NCN独特的电容和导电效应为调控电子存储和再分配以减轻重组损失和副反应的生物-非生物界面提供了新的途径。

要点2. 自组装的M. b-NCNCNx材料实现了优越的产甲烷性能，量子产率为50.3%，与之前的报道相比提高了不止一个数量级，同时CH4选择性为92.3%。

要点3. 本研究为无金属半导体基生物纳米杂化材料的设计提供了新的思路，可用于高量子产率和产物选择性的光催化二氧化碳还原成燃料。

鉴于NCNCNx具有易合成、地球资源丰富的前体和环境友好的特性，该研究为无金属半导体基生物纳米杂化材料的设计提供了新的思路，可用于光催化还原二氧化碳到燃料中。

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研究图文

图1. M. b-NCNCNx优异产甲烷性能的机理。

图2. M. b-NCNCNx的表征。M. b-NCNCNx的CLSM(A)、SEM(B)、TEM(C)；M. b-NCNCNx (D)的高角环形暗场(HAADF)和C (E)、N (F)的EDS元素分布；M. b与NCNCNx (G)相互作用的实时ITC热像图。

图3. 光驱动的甲烷生成的性能。

图4. M. b-NCNCNx对产甲烷的电容效应。

图5. M. b-NCNCNx对产甲烷的导电作用。

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文献详情

Metal-Free Semiconductor-Based Bio-Nano Hybrids for Sustainable CO2-to-CH4 Conversion with High Quantum Yield

Andong Hu, Jie Ye,* Guoping Ren, Yaping Qi, Yiping Chen, Shungui Zhou*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202206508