《Catal. Lett.》 温和条件下缺陷ZnO原子层引发SF₆光转化

Shan Zhu, Yue Zhao, Fengxiang Ma, Feng Zhu, Wei Liu, Jun Cao, Yumei Song, Jinyu Ding,* Peijin Du*

全氟化合物具有重质、惰性、无毒和不易燃的特性，是非常稳定的化合物，具有独特的物理和化学特性，使其在特定的专门应用中具有价值。然而，这些气体在大气中的存在是有害的，因为它们通过温室效应促进全球变暖。六氟化硫(SF₆)是全氟化合物中影响最大的温室气体。它在大气中的寿命长达3200年，每分子的全球变暖潜势是二氧化碳的23900倍。由于其优异的惰性稳定性和显著的电气强度，SF₆是电力工业，特别是灭弧和断电流设备的首选电绝缘气体。据报道，电力行业使用了世界上大约80%的SF₆总产量。由于其作为温室气体的效力，SF₆已被确定为人为引起的气候变化的主要贡献者之一。SF₆废气的管理和处置是一项需要立即关注的重大挑战。必须制定有效和无害环境的战略，以尽量减少对环境的潜在损害。通过转化处理废弃物SF₆的三个关键目标是实现高转化率、产品选择性和高转化能效。尽管SF₆废弃物的处理方法被广泛使用，但目前采用的处理方法并不理想，如热解和等离子体分解等，通常需要高温高压，会造成大量的能量损失。光催化作为一种清洁、可持续发展的技术，在光催化析氢、光催化还原二氧化碳、光催化固氮等领域得到了广泛的研究。由于其清洁、无污染和可控性，它也可能被证明是一种在温和条件下转换SF₆的有前途的策略。

在典型的光催化过程中，光激发载流子分离是影响性能的关键因素。最近，缺陷工程已被证明是提高光催化剂载流子分离效率的有效方法。通过有意引入缺陷，这些缺陷可以作为捕获光激发电子的中心，从而抑制它们与光生空穴的复合。近年来，ZnO因其良好的光催化活性和较高的自由激子结合能而被广泛应用于光催化领域。考虑到这一点，为了研究缺陷对SF₆光转换性能的影响，作者将V_O-rich-ZnO和V_O-poor-ZnO原子层作为理想模型来考察载流子分离效率和SF₆光转换效率，并通过ESR谱和XPS谱证实了ZnO原子层中存在氧缺陷。PL光谱结果表明，氧空位的存在提高了载流子的分离效率。紫外-可见漫反射光谱表明，在300 ~ 900 nm范围内，当氧空位存在时，光吸收显著增加。综上所述，本研究结果表明，氧空位的加入可以有效地增强光吸收，促进有效的载流子分离，为实现高性能SF₆光转换提供了新的视角。

本工作发表在《Catalysis Letters》上。

图1：缺陷ZnO原子层光催化转化SF₆示意图。