JACS：CuOx@ZnO光催化CO2还原合成C2+、乙烯

纳米技术

2021-02-12

为了实现通过光催化CO₂还原合成C₂₊烃类产物比如C₂H₄等有较高难度，因为在光催化反应过程中多电子转移过程所具有较低的效率、C-C偶联反应的缓慢动力学。有鉴于此，中科院化学所盛桦等报道了Cu修饰ZIF-8作为前体分子，通过加热煅烧合成了复合结构催化剂CuO_x@p-ZnO，其中CuO_x均匀分散在多晶ZnO中。在光催化条件中，该催化剂在以H₂O作为空穴消耗剂分子，CO₂还原制备C₂H₄的反应中实现了32.9 %的选择性和2.7 μmol g^-1 h^-1的速率，这种效率比以往光催化系统的性能更好。

本文要点：

（1）

通过XAS、原位FTIR等表征方法，揭示了Cu在催化剂中以CuO形式存在，在光催化反应过程中Cu表现为在CuO界面上形成独特的Cu⁺界面层，这种Cu⁺界面层是催化活性位点，能够与原位生成的CO分子结合，而且进一步通过C-C键偶联合成C₂H₄。

（2）

作者通过原位FT-IR表征方法首次在实验中验证了中间体*OC-COH的证据。进一步的，作者通过DFT计算揭示了Cu⁺物种在提高*CO中间体的结合情况，稳定C-C偶联反应中间体起到的重要关键作用。

参考文献

Wei Wang, Chaoyuan Deng, Shijie Xie, Yangfan Li, Wanyi Zhang, Hua Sheng*, Chuncheng Chen, and Jincai Zhao, Photocatalytic C–C Coupling from Carbon Dioxide Reduction on Copper Oxide with Mixed-Valence Copper(I)/Copper(II), J. Am. Chem. Soc. 2021,

DOI: 10.1021/jacs.1c00206

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c00206