ACS Energy Lett：光催化CO2还原反应溶剂的影响

纳米

2021-08-29

目前化石燃料的大规模燃烧导致庞大的30 gt（千兆吨）CO₂排放，通过使用丰富的太阳能作为替代进行光化学能量转化，将人为排放的CO₂转化为高价值燃料和化学品有望解决该问题。

有鉴于此，尼赫鲁高级科学研究中心(JNCASR) Sebastian C. Peter等报道总结目前光催化还原CO₂领域面临的问题和挑战，尤其是溶剂、空穴牺牲剂影响正确评价光催化反应性能。

光催化CO₂还原反应面临的四个主要问题包括：光催化剂、反应介质、光强度、光电催化反应器设计。其中选择性的以较高的产率将CO₂转化为特定产物与光催化剂、反应介质密切相关。而且目前光催化剂的相关研究持续了40年，但是很少有针对催化反应介质、溶剂对光催化反应的影响进行研究。

本文要点：

（1）

正确选择合适的溶剂对于光催化反应非常重要。从CO₂光化学还原起始开始，一般催化反应过程需要水，但是由于CO₂在水中的溶解性较差，导致CO₂还原反应的动力学受到显著抑制，一种有效的方法是选择CO₂溶解性更好、同时价格低廉、在光照条件中不会分解的溶剂，其中乙腈、乙酸乙酯、碳酸盐水溶液、NaOH水溶液与三乙胺/三乙醇胺等空穴牺牲剂等都是可能的选择，但是由于这些溶剂分子可能分解，因此难以准确定量测试CO₂反应的准确产率。

（2）

作者通过模型Pt-TiO₂@g-C₃N₄催化剂、新型BCN/CsPbBr₃催化剂，考察选择溶剂和不同空穴牺牲剂对反应选择性、反应活性的影响，发现在光催化反应光解CH₃CN、乙酸乙酯、三乙胺、三乙醇胺的条件中，当不加入催化剂即可光解产生CO、CH₄、C₂H₄、H₂产物，这种溶剂对光催化CO₂反应的影响通常被忽略，因此导致得到错误的反应产率。

（3）

作者进一步的给出了不同条件中如何正确选择合适的溶剂，发现乙酸乙酯即使在可见光条件中仍不适合作为光催化反应过程的溶剂，此外非常重要的一点在于作者推荐使用催化剂-气体界面反应模式进行光催化。同时作者认为研究者需要选择合适的溶剂和空穴牺牲剂进行光催化CO₂还原反应，才能够得到相对而言可信的结论。

参考文献

Risov Das, Subhajit Chakraborty, and Sebastian C. Peter*, Systematic Assessment of Solvent Selection in Photocatalytic CO₂ Reduction, ACS Energy Lett. 2021, 6, 3270–3274

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01522

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01522