Nat Commun：通过动态配位相互作用实现快速电子转移以提高光催化CO2还原的量子效率

Nanoyu

2021-07-13

实现高量子效率的光催化CO₂还原是一个关键的挑战，通过光敏剂和催化剂之间的动态结合策略来克服这一挑战。

近日，中山大学欧阳钢锋教授报道了利用配位键将吡啶掺杂的铱光敏剂与用于CO₂还原的分子催化剂连接起来，并通过¹H核磁共振滴定、理论计算和光谱测量进行了系统地研究。

文章要点

1）研究人员设计了吡啶侧链的Ir(III)PS，[Ir(ppy)₂(qpy)](BF₄)（IrQPY；ppy=2-苯基吡啶；qpy=4,4‘：2’,2“：4”,4“-季吡啶）和纯净的酞菁钴（CoPc）催化剂的组合。IrQPY的吡啶侧链可以作为与CoPc轴向配位的结合位点，CoPc是一种在光催化还原CO₂中很少使用但在电催化中被广泛使用的分子催化剂。

2）机理研究表明，光敏剂与未修饰的酞菁钴之间的配位作用显著地加速了电子转移。实验结果显示，IrBPY与CoPc的动态配位相互作用在光催化CO₂还原为CO方面取得了令人印象深刻的性能，在450 nm处的量子效率（QE）为10.2%±0.5%，产量为391±7的周转数（TON），CO选择性高达98%，远远优于无配位作用的IrBPY/CoPc（IrBPY=[Ir(ppy)₂(bpy)](BF₄)）体系。此外，配位相互作用策略对其他构型不同的分子催化剂也具有很强的适用性。

3）得益于配位相互作用的增强，而不是其本征活性的增强，在酞菁钴上修饰给电子氨基可以优化其在425 nm处的量子效率，最高可达27.9%±0.8%。

参考文献

Wang, JW., Jiang, L., Huang, HH. et al. Rapid electron transfer via dynamic coordinative interaction boosts quantum efficiency for photocatalytic CO₂ reduction. Nat Commun 12, 4276 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24647-y

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24647-y