利用自然太阳光驱动热催化能够显著降低工业催化的能源消耗。本课题组基于光谱选择吸收原理构建了新型反应器件,在标准太阳光辐照下可产生250-300℃的高温加热催化剂,实现了自然太阳光驱动热催化1,而高效催化剂的研发成为了自然太阳光驱动热催化走向应用的关键。在此,本课题组基于石墨烯模板法开发了一系列的多组分二维催化剂包括Fe掺杂氧化钨二维材料和Pt单原子修饰氧化铈二维材料2-3,在自然太阳光辐照下,新型反应器件和催化剂耦合展现了优异的NOx脱除、甲醇裂解制氢性能。面向产业化应用,催化剂的大批量制备至关重要,我们研究了高效催化剂的规模化制备方法,能够公斤级制备CuZnAl二维材料4、CuMnCeOx气凝胶5、Cu掺杂氧化铈微米球6、Co3O4二维材料,并且在新型反应器件的辅助下实现了自然光驱动水煤气制氢、VOCs消除的规模化示范。更进一步,我们将自然光驱动热催化与光电催化协同成为新的人工光合作用系统,通过新型催化剂与新型人工光合作用系统的匹配实现了高效的“人工植物”,不仅实现了创纪录的太阳能-化学能效率,并且提出了新的“太阳工厂”的范式去规模化、高选择性的生产含碳化合物。