?四單位聯合Angew: 構建獨特的缺陷Cu-N2構型,促進CO2光轉化為乙醇

  • A+
太陽能驅動的光化學CO2還原反應(CO2RR)是生產化學燃料的一種有前途的技術,可以解決全球能源需求和環境污染問題。在CO2RR過程中,生產C2+產物的關鍵是C-C偶聯中間體(如*COCO或*COCOH)的形成,這種C-C偶聯嚴重依賴于還原過程中產生的中間體*CO的吸附。此外,這些被吸附的*CO的反應行為也決定了C-C偶聯的實際途徑。


到目前為止,Cu基催化劑是通過電催化或光催化將CO2還原為C2+產物的一些最有效的候選催化劑。然而,它們仍然存在活性較差和選擇性較低的問題。
1
2
基于此,大連理工大學郭新聞、西澳大學楊虹、中國科學院上海高等研究院宋飛海南大學王浩志等開發了一種高性能的單原子Cu-N2-V光催化劑,用于高選擇性光催化CO2轉化為乙醇。與單原子Cu-N3和Cu-N4以及最近報道的許多光催化劑相比,CuN2-V在CO2轉化為乙醇中表現出優越的光催化活性,乙醇生產速率為69.8 μmol g-1 h-1,電子選擇性為97.8%。
理論計算表明,Cu-N2-V的優異性能與其獨特的缺陷Cu-N2構型有關。首先,該催化劑中的Cu以Cu+/Cu2+價態存在(主要是Cu+),雖然Cu+位點可以激活CO2,但Cu+/Cu2+雙位點的存在促進了強*CO吸附和隨后的*CO-*CO形成,使C-C偶聯通過*CO二聚形成*COCO中間體;其次,活性Cu位點富含電子,有利于CO2分子的活化和中間體的吸附;最后,Cu-N2-V獨特的空心球狀微觀結構有利于光吸收和電荷分離。它們一起協同促進CO2的激活和隨后的C-C偶聯形成乙醇。
3
6
值得注意的是,研究人員還發現,在CO2光還原為乙醇的過程中,當Cu位點與CO2和反應中間體相互作用時,發生Cu+?Cu2+轉變,導致部分Cu+向Cu2+的凈轉化。雖然Cu2+的存在有利于中間體*CO的吸附,但反應過程中Cu+/Cu2+比率的下降會導致用于激活CO2的Cu+位點的減少,并最終影響催化劑的性能。
總的來說,這項工作擴展了對Cu活性位點在CO2光還原反應中的價態和功能的基本理解,還率先提出了一種合成具有可控M-N配位的氮化碳負載光催化劑的新方法。
Boosting solar-driven CO2 conversion to ethanol via single-atom catalyst with defected low-coordination Cu-N2 motif. Angewandte Chemie International Edition 2024. DOI: 10.1002/anie.202404884



weinxin
我的微信
關注我了解更多內容

發表評論

目前評論:0