南京工业大学王军课题组AFM：极性表面暴露与铜掺杂协同增强ZnO纳米片内建电场以实现高效光催化甲烷氧化

本文研究南京工业大学王军课题组开发的具有极性表面暴露和铜掺杂的ZnO纳米片光催化剂，用于在常温条件下将甲烷选择性氧化为液态含氧化合物。背景方面，甲烷作为重要碳资源但具有强温室效应，传统转化方法能耗高且排放量大，因此急需开发温和条件下的可持续转化路径。研究目的在于通过极性表面暴露与铜掺杂的协同作用，增强ZnO纳米片的内建电场强度，抑制载流子复合，促进甲烷吸附和活化，从而提升光催化性能。结论显示，该催化剂实现了4742.2 μmol g⁻¹ h⁻¹的液态C1含氧化合物产率和99.6%的高选择性，优于非极性面或未掺杂样品，其机理涉及内建电场驱动电荷分离、铜位点促进氧还原生成羟基自由基，有效裂解甲烷C-H键并抑制过度氧化，为高效光催化剂设计提供了新策略。