工业上,我们非常需要不同的H2/CO比例的合成气作为生产原料通过费托合成法生产各种高附加值产品的原料。不同比例(1:1至1:3)的合成气(CO,H2)作为C1化学中的主要原料,在费托工艺等工业生产中合成烃,醇或精细化学品中起着关键作用。在工业上,我们通常通过化石燃料如煤炭等气化与水煤气变换的方式(CO+H2O=CO2+H2)结合,来实现合成气CO和H2比例的调节,反应高温高压,艰巨的反应条件耗费巨大能量,并且反应排出大量的CO2副产物对环境有较大的副作用。通过光催化还原CO2的途径来精确控制合成气H2/CO的比例对CO2还原反应的进一步的应用提出了巨大的挑战。利用高波段光源,在长波长辐射下进行二氧化碳还原并同时精确调节合成气H2/CO比例更是一个巨大的挑战。由于要处理一系列可能的产品及其相似的还原潜力,因此将CO2光还原为合成气(CO,H2)的一大挑战是实现产品的可调选择性。当前在CO2光还原领域中使用的大多数光催化剂不能广泛地调节合成气的比例,需要依赖于目标合成气的催化剂结构的调节,或者催化剂结构十分复杂合成过程繁琐。为了满足获得具有所需比例的合成气的要求,必须设计具有合适的能带结构和有效的电荷转移的纳米复合材料。因此,在本文中,我们设计了一种新颖的方法,通过控制异质结浓度或控制复合材料中两种成分的比例来实现宽范围的合成气的可调选择性,这既有益于环境,又对工业具有重要意义。我们主要对以下方面的进行重点研究:1、在研究过程中我们发现,在可见光(λ>400nm)照射下仅通过改变催化剂的浓度,在0.2-1.5mg/mL范围,合成气比(H2:CO)就可以精确地从1.3:1调整到15:1。在光催化CO2还原体系中(缩写为C02PR)。仅在催化剂浓度为0.2 mg/mL的情况下,总生产率就高达16.485 mmol h-l g-1。此外,在更长波长的太阳辐射(λ>500nm)下,我们甚至可以获得更宽的合成气比例,在1.7:1至18:1范围。这项工作为太阳能转化提供了一种经济高效的策略,并为工业生产所需的合成气供应开辟了 一条新途径。2、我们合理设计了一系列具有协同关系的异质结构的CoAl-LDH/MoS2复合材料,分别负载了不同的MoS2(表示为LDH/MoS2-x,x=0.10,0.20,0.30)作为CO2还原光催化剂,组装过程只需通过静电相互作用形成界面异质结构,制备过程简单。该催化剂由CoAl层状双氢氧化物和MoS2纳米片组成,它们在通过静电作用充分接触形成异质结之后,显示出优异的光催化CO2还原性能。我们通过在CO2光催化还原反应中使用异质结构的LDH/MoS2-x材料创造了一种可持续的方式,可在较大范围内对产物合成气(H2:CO)比例进行调节。在可见光(λ>400nm)照射下通过逐渐增加MoS2的负载百分比,可以将合成气的比例(H2:CO)从1:1(使用纯CoAl-LDH)精确地调节到2:1至9:1的较宽的范围。通过LDH/MoS2-x材料中形成的异质结,我们可以有效地调节材料电子结构并促进电子转移,从而实现对还原产物H2/CO 比的精确调节。活性催化剂的广泛结构表征和DFT计算表明,通过调控光催化剂LDH/MoS2异质结结构之间的界面,可促进CO2光还原合成气比例的调控。因此,这项工作可以潜在地减轻由CO2引起的环境问题,并扩大了目前工业中合成气原料H2:CO 比例的有限生产范围。