Angew：TiO2修饰Co配合物实现光催化生物质、CO2共转化

纳米技术

2021-09-01

光催化能够利用太阳能进行各种化学品的化学转化反应，其中光催化氧化将生物质等固体废弃物转化为高附加值产物，同时光催化制备能量载体H₂是一种具有较高前景的路线。这种光化学重整（photoreforming）过程基于半导体纳米粒子将吸收的光能量驱动氧化还原催化反应。光化学重整反应理论上能够进行将CO₂转化为CO或者合成气，是解决化石燃料缺乏的有效可行方案，同时将光化学重整过程与CO₂转化为价值更高的产物有望实现碳平衡。

目前还没有相关方法学能够将光催化CO₂还原反应与废物价值化结合的方法或报道。有鉴于此，剑桥大学Erwin Reisner等报道在TiO₂纳米粒子表面修饰具有磷酸盐螯合基团的二(三联吡啶)钴，随后该界面修饰型TiO₂能够作为复合结构光催化剂，实现溶液相光催化CO₂转化为合成气（CO和H₂），与此同时，反应过程中进行选择性进行生物质氧化，将葡萄糖氧化为甲酸。

当进行CO₂转化的反应过程中，需要通过预处理反应将不可溶的纤维素底物通过纤维素酶（Cellulase）催化实现糖化，转化为纤维二糖、葡萄糖。

本文要点：

（1）

该光催化剂中使用高丰度储量金属，这种光催化剂能够作为异相催化剂，因此能够在25 ℃中循环使用数天，纤维素转化为甲酸的产率达到17 %。这种将CO₂和生物质两种废物同时反应，实现了通过光催化反应转化为价值上更高的化学品。在100 mW cm^-2的模拟太阳光光照条件中，室温条件在加入0.1 M TEOA试剂的MeCN/H₂O (2:1 v/v)混合溶剂中进行光催化反应。

（2）

未修饰Co催化剂的TiO₂纳米粒子作为光催化剂，24 h光催化反应生成CO和H₂的反应速率分别为0.03±0.01 mmol g_TiO2^-1、0.22±0.01 mmol g_TiO2^-1。通过在TiO₂上修饰Co催化剂作为异相催化剂，反应生成CO和H₂的反应速率分别为4.7±0.4 mmol g_TiO2^-1、2.4±0.1 mmol g_TiO2^-1。

参考文献

Erwin Lam, Erwin Reisner*, A TiO₂-Co(terpyridine)₂ photocatalyst for the selective oxidation of biomass to formate coupled to the reduction of CO₂ to syngas, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202108492

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108492