当你在冬天开暖气、夏天吹空调时，每一度电的使用都可能向大气排放约0.5千克二氧化碳。全球每年超360亿吨的CO₂排放，让“如何把温室气体变成燃料”成了科研界的“必答题”。光催化技术被称为“人工光合作用”，能利用太阳能将CO₂转化为甲烷、乙醇等绿色燃料，但关键问题在于——用什么材料当“催化剂”，才能既高效又稳定？

传统催化剂“不给力”，金属卤化物为何成“新宠”？

现有的光催化剂像“挑食的食客”：有的只“吃”紫外光（占太阳光谱不到5%），有的吸了光却留不住能量（电子和空穴易复合），还有的遇水就“罢工”（稳定性差）。温州大学联合新加坡国立大学团队在《Frontiers in Energy》上发布的研究，把目光投向了金属卤化物——这类材料像“全能型选手”：

• 吸光能力强：可调的“带隙”（类似光的“过滤通道”）能精准匹配可见光，覆盖太阳光谱的43%；
• 电荷分离快：低激子结合能让电子和空穴“分道扬镳”，减少能量浪费；
• 结构可定制：全无机型（如CsPbBr3）像“钢筋骨架”，有机-无机杂化型（如FAPbBr3）像“柔性网格”，能根据需求调整性能。

不过，它们也有“小脾气”：铅基材料性能好但有毒，铋基、铜基等“环保款”效率又稍逊一筹；部分材料遇水或高温会“散架”，离大规模应用还有距离。

合成有“巧招”，四种方法造“定制催化剂”

要让金属卤化物“听话”，合成技术是关键。研究团队总结了四种“造材术”：

• 水热法：像“高压蒸笼”，把原料放进密封容器加热加压，让难溶的粉末溶解再结晶，能做出晶粒均匀的“大块头”。比如用这种方法合成的TJU-32催化剂，能把CO₂转化为乙醇，产率达17.6 μmol/(h·g)；
• 热注入法：像“速冷魔法”，把前驱体快速倒进高温溶剂，适合做纳米级“小颗粒”，如Cs3Bi2I9纳米晶，CO产率是商用TiO2的4倍；
• 配体辅助再沉淀（LARP）：更“温和”，通过溶剂极性变化让晶体自然析出，适合大规模生产。用它合成的FAPbBr3量子点，在水和乙酸乙酯中CO产率达181.25 μmol/(g·h)，还能稳定工作近9小时；
• 反溶剂沉淀：像“分层过滤”，利用溶剂和反溶剂的差异快速结晶，能直接在基底上“长”出催化剂，如CsAgCl2晶体，在光照下稳定工作超12小时。

实验数据“硬核”，但挑战仍在

论文里晒出一串“成绩单”：

• CsPbBr3量子点搭配镍配合物，CO和CH4总产率达431 μmol/(g·h)，是纯量子点的26倍；
• 铋基材料Cs3Sb2Br9的CO产率比CsPbBr3还高10倍，达103.3 μmol/(g·h)；
• 加载钌纳米颗粒的TMOF-10-NH2催化剂，CO产率飙升到154 μmol/(g·h)，连续工作24小时性能不减。

但“甜蜜的烦恼”也不少：铅基材料的毒性限制了推广，部分材料在高温高湿下会分解，且多数只能生成CO等简单产物，离“变”出乙醇、甲烷等高能燃料还有差距。

未来怎么走？科学家划了三条“路线”

针对这些问题，研究团队提出方向：

1. 找“铅替代者”：用铋、铜、银等低毒金属做“主角”。比如铋基材料Cs3Bi2I9，CO产率是商用TiO2的4倍，还能稳定工作7天；
2. 穿“防护铠甲”：用MOF（金属有机框架）包裹或疏水配体修饰，让材料更耐水耐热。如MAPbI3@PCN-221(Fe0.2)复合材料，稳定工作80小时性能仅降10%；
3. 升级“反应链”：通过调控催化剂表面活性位点，降低C-C键耦合的“难度”，推动CO2转化为乙醇等更高价值产物。比如Rh0.11@TJU-32催化剂，乙醇产率达50.5 μmol/(g·h)，是原催化剂的3倍。

论文作者表示：“金属卤化物像‘万能拼图’，通过分子设计能适应不同需求。未来，我们可能在工厂废气处理、建筑外墙‘发电玻璃’甚至可穿戴设备中，看到它的身影——让每一束阳光都成为‘减碳燃料’。”

来源: FIE能源前沿期刊