PNAS：羧酸根加快质子转移提高光催化还原CO2速率

纳米技术

2024-05-15

光催化还原CO₂的反应动力学与向吸附在催化活性位点的分子进行电子或质子转移的速率密切相关。目前关于催化剂的质子效应对光催化CO₂还原性能的研究比较少。

有鉴于此，天津理工大学鲁统部、钟地长等报道揭示光催化还原CO₂的性能与催化剂的质子存在密切相关。

主要内容

（1）

基于含有不同羧酸官能团数目（n=0, 2, 4, 6）的Robson配体，设计并合成了四个双核Co(II)催化剂。这几个双核Co(II)催化剂都具有光催化还原CO₂生成CO的性能。研究发现Co(II)光催化剂还原CO₂的性能随着羧酸根的数目增加而提高，含有六个-COOH的Co具有最好的光催化活性，生成CO的TON达到10294。这个数值分别比-4COOH、-2COOH、-0COOH的双核Co催化剂高1.8倍、3.4倍、7.8倍。合成的双核Co(II)光催化剂的TON非常高，比其他报道的均相光催化剂分子更高。

（2）

控制实验和DFT理论计算结果说明更多的-COOH数目使得催化剂能够传递更多的质子，加快质子转移速率，增强光催化还原CO₂的性能。这项研究从分子级别说明催化剂具有更多COOH官能团有助于光催化还原CO₂动力学。

参考文献

Hui-Feng Wang, Hong-Juan Wang, Di-Chang Zhong, Tong-Bu Lu, Unveiling the role of proton concentration in dinuclear metal complexes for boosting photocatalytic CO₂ reduction, PNAS 2024, 121 (20), e2318384121

DOI: 10.1073/pnas.2318384121

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2318384121