地大新闻网讯 近日，我校材料与化学学院太阳燃料研究团队余家国教授、徐飞燕副教授与西班牙瓦伦西亚理工大学赫尔梅内希尔多·加西亚教授、中国科学技术大学郑旭升教授合作，在国际著名学术期刊《自然·催化》（Nature Catalysis）上发表了题为《全太阳光谱四氧化三钴光催化剂：活性氧物种精准调控实现甲烷高选择性转化》（Co3O4 as Full-Solar-Spectrum Photocatalyst for Selective Methane Conversion by Reactive Oxygen Species Control）的研究成果。
甲烷是一种强温室气体，但其高度化学惰性使得高效且高选择性转化长期受限。传统转化路径通常能耗较高，而光催化虽具太阳能驱动优势，却常因自由基反应失控及载流子复合严重，难以同时兼顾反应活性与选择性。
该研究构建了一种全太阳光谱响应的钯/四氧化三钴肖特基异质结光催化体系。通过钯与四氧化三钴之间的功函数差诱导界面内建电场，促进光生载流子的定向迁移并抑制复合；同时，是四氧化三钴的窄带隙与黑色特征将光吸收拓展至紫外—可见—近红外区域，从而在激发能量利用与界面迁移行为两个层面实现协同调控。
研究中揭示，该体系独特的能带结构有效抑制了超氧、羟基和过氧羟基等高反应性自由基的生成，转而引导氧气优先转化为温和的过氧物种；该物种与光生空穴协同参与甲烷活化过程，有效避免了传统自由基主导路径中常见的过度氧化问题。在温和条件下，该体系实现了甲烷向乙烷的高效转化，乙烷选择性达到96.2%，展示了通过全光谱利用与活性氧物种调控实现甲烷高选择性光催化转化的可行策略。
论文第一作者为徐飞燕副教授，通讯作者为余家国教授、赫尔梅内希尔多·加西亚教授及郑旭升教授，第一通讯单位为中国地质大学（武汉）材料与化学学院。论文得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、湖北省自然科学基金、中央高效基本科研业务费专项资金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41929-025-01471-x
（材料与化学学院供稿 编辑 孙彦钦 审稿 陈华文）
下一篇： 马跃新程送祝福 新春慰问暖人心
