科学研究近日，禁忌书屋 张宏忠教授与意大利卡梅里诺大学Mario Berrettoni教授合作，在环境与能源领域国际权威期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（中科院一区TOP，影响因子19.7）发表题为“Photothermal dual Z-scheme Bi2WO6/NiWO4/g-C3N4 heterojunction for efficient solar-driven and waste-heat-assisted CO₂-to-CO conversion”的研究论文（DOI：10.1016/j.apcatb.2026.127384）。该研究创新性地构建了光热双Z型异质结催化体系，实现了太阳能驱动与工业烟气余热协同利用的二氧化碳（CO2）高效转化，标志着团队在CO2资源化利用领域取得又一重要突破。博士生孟阳和硕士生张以馨为论文共同第一作者，张宏忠教授与Mario Berrettoni教授为共同通讯作者，郑州轻工业大学为第一完成单位。
工业烟气是人为CO2排放的主要来源之一，通常伴随大量低品位余热直接排放，既造成碳排放压力又导致能源浪费。针对这一问题，该研究通过分步水热-液相组装策略，成功构建了以g-C3N4为中心还原单元、Bi2WO6与NiWO4为双钨酸盐氧化单元的三元双Z型异质结光热催化剂（BW/Ni-CN）。其中，NiWO4不仅拓宽了光吸收范围，还赋予催化剂优异的光热转换能力；g-C3N4则促进界面电荷分离并提供富电子CO2活化位点。在模拟太阳光照射下，BW/Ni-CN对烟气中低浓度CO2实现光热耦合还原，一氧化碳（CO）生成速率达355 μmol·g-1·h-1。引入80 °C外加热模拟烟气余热后，CO生成速率进一步提升至954 μmol·g-1·h-1，约为单纯光照条件的2.7倍，CO选择性高达99.6%。原位XPS、KPFM、EPR及电荷密度差分析揭示了光致电子重分布规律，证实了双Z型电荷转移路径。原位DRIFTS与DFT计算验证了*COOH介导的CO2还原机制，表明g-C3N4耦合降低了CO2还原与水氧化反应能垒，热输入则进一步促进*COOH中间体形成。该工作为设计多组分光热双Z型催化剂、实现太阳能驱动CO2转化与工业余热利用一体化提供了新思路和实验理论依据。
近年来，张宏忠教授团队依托河南省重点研发专项—国际科技合作重点项目（251111520300），围绕CO2催化转化方向开展了系统深入的研究，在光催化、热催化、光热耦合催化、电辅助光催化等多条技术路线上取得了系列创新成果。在光催化方面，团队构建了S型异质结Cu-卟啉/TiO2纳米片催化体系，首次在无牺牲剂、无碱吸收液条件下实现了空气中低浓度CO2在气固界面的稳定高效还原，CO2转化率可达50.4%。在电辅助光催化方面，团队开发了Ag纳米颗粒修饰钛纳米管阵列（Ag/TNTAs）的双室双界面电辅助光催化系统，利用P-N异质结与表面等离子体共振效应，在固体琼脂电解质抑制析氢反应的协同作用下，实现了空气中CO2向CO的高效高选择性转化。在光热耦合催化方面，团队先后开发了g-C3N4/TiO2/MXene、CuTCPP/MXene/TiO2、Zr-MOF/MXene、NH2-MXene/MOF、NH2-MXene/TiO2/ZnTCPP及Bi2WO6/NiWO4/g-C3N4等多个高效催化体系，充分利用MXene的局域表面等离子体共振（LSPR）效应与高导电性、MOF的CO2吸附富集能力以及卟啉类光敏剂的宽光谱响应特性，在80-100 °C低温条件下实现了烟气中CO2的高效定向转化，CO选择性达到100%。在热催化与余热驱动方面，团队开发的Pt/MXene催化剂在60-100 °C低温范围内展现出优异的热催化性能，甲烷（CH4）生成速率达461 μmol·g-1·h-1，并实现了热催化与光热条件下双产物（CH4/CO）的选择性调控。上述研究成果形成了从大气CO2直接捕集转化到工业烟气余热协同利用的完整技术链条。团队始终坚持开放合作的科研理念，与Mario Berrettoni教授团队建立了长期稳定的合作关系，多篇论文为双方联合发表，联合培养博士研究生5人、硕士研究生9人，有力提升了学科的国际影响力和人才培养质量。
附表：张宏忠教授团队近三年发表二氧化碳催化转化方向代表性论文汇总
序号 | 论文题目 | 第一/共一作者 | 通讯作者 | 完成单位 | 期刊 | 发表日期 | 论文层次 | 影响因子 | DOI |
1 | Photothermal dual Z-scheme Bi2WO6/NiWO4/g-C3N4 heterojunction for efficient solar-driven and waste-heat-assisted CO₂-to-CO conversion | Mario Berrettoni、张宏忠 | 郑州轻工业大学、卡梅里诺大学 | Applied Catalysis B: Environment and Energy | 2026年8月 | 中科院一区，TOP | 19.78 | 10.1016/j.apcatb.2026.127384 | |
2 | Low-temperature photothermal CO2-to-CO conversion from flue gas using a g-C3N4/TiO2/MXene heterojunction with 100% selectivity | 孟阳（博士生） | Mario Berrettoni、张宏忠 | 郑州轻工业大学、卡梅里诺大学 | Green Chemistry | 2026年5月 | 中科院一区，TOP | 10.58 | |
3 | S-scheme heterojunction Cu-porphyrin/TiO2 nanosheets with highly efficient photocatalytic reduction of CO2 in ambient air | 岳峰（硕士生） | 李俊、张宏忠 | 郑州轻工业大学、郑州大学、卡梅里诺大学 | Journal of Colloid and Interface Science | 2024年7月 | 中科院一区，TOP | 9.65 | |
4 | Efficient solar-driven: Photothermal catalytic reduction of atmospheric CO2 at the gas-solid interface by CuTCPP/MXene/TiO2 | 岳峰（硕士生）、孟阳（博士生） | 马永鹏、张宏忠 | 郑州轻工业大学、郑州大学、卡梅里诺大学 | Journal of Colloid and Interface Science | 2025年6月 | 中科院一区，TOP | 9.65 | |
5 | Pt/MXene-enabled industrial flue gas waste heat-driven, dual-product selective photothermal catalytic reduction of CO2 with high efficiency | 孟阳（博士生） | 马永鹏、张宏忠 | 郑州轻工业大学、中建环能有限公司、卡梅里诺大学、郑州大学 | Journal of Colloid and Interface Science | 2025年3月 | 中科院一区，TOP | 9.65 | |
6 | Electro-assisted photocatalytic reduction of CO2 in ambient air using Ag/TNTAs at the gas-solid interface | 岳峰（硕士生） | 李俊、张宏忠 | 郑州轻工业大学、郑州大学、卡梅里诺大学 | Materials Reports: Energy | 2024年3月 | JCR Q1 | 16.2 | |
7 | Zr-MOF/MXene composite for enhanced photothermal catalytic CO2 reduction in atmospheric and industrial flue gas streams | 孟阳（博士生）、岳峰（硕士生） | 张晓静、张宏忠 | 郑州轻工业大学、卡梅里诺大学 | Carbon Capture Science & Technology | 2024年12月 | 中科院二区 | 10.2 | |
8 | Thermally assisted photocatalytic industrial flue gas CO2 conversion: 100% selective CO production via synergistic adsorption–conversion in NH2–MXene–MOF hierarchical interfaces | 李雯（硕士生）、岳峰（硕士生） | 刘楠、张宏忠 | 郑州轻工业大学 | Journal of Materials Chemistry A | 2025年9月 | 中科院二区 | 9.27 | |
9 | Thermally assisted photocatalysis: Highly selective conversion of CO2 to CO in flue gas using NH2-MXene/TiO2/ZnTCPP | 石萌轲（硕士生） | 马永鹏、张宏忠 | 郑州轻工业大学、卡梅里诺大学 | Applied Surface Science | 2025年2月 | 中科院二区 | 6.52 |