利用阳光从二氧化碳(CO2)中生产有价值的化学物质和燃料,即人工光合作用(AP),是实现太阳能储存和负碳循环的一种有前途的策略。然而,具有高CO2转化率的C2化合物的选择性合成对于当前AP技术仍然具有挑战性。CO2高效光转化为多碳化合物的关键挑战是精确控制C-C偶联的活性中间体,同时完成必要的光合作用步骤。中国科学院上海高等研究院陈为研究员、魏伟研究员和孙予罕研究员在模拟太阳照射下,在石墨烯/碳化硅(SiC)催化剂上进行了CO2光电还原,乙醇(C2H5OH)选择性>99%,CO2转化率高达17.1 mmol∙gcat-1·h-1,性能稳定。相关工作以“Highly
Selective Photoelectroreduction of Carbon Dioxide to Ethanol over Graphene/Silicon
Carbide Composites”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie
International Edition上。要点1. 作者合成的石墨烯/碳化硅(SiC)复合催化剂包括SiC衬底、界面层(IL)和几层石墨烯覆盖层。最佳的界面层(IL)结构允许来自SiC衬底的光生电子容易地转移到石墨烯覆盖层上的活性位点。在活性位点的强吸附和石墨烯表面的高电子密度,可以有效地形成和稳定反应中间体。要点2. 在模拟太阳照射下,在小电压(−50 mV vs. Ag/AgCl)和环境条件下,以>99%的选择性和17.1 mmol∙gcat-1·h-1的CO2转化率完全形成乙醇(C2H5OH)。该催化剂在从CO2生产C2产物中的光电催化性能比最先进的AP催化剂高至少两个数量级。要点3. 实验和理论(DFT)研究表明,最佳界面层有助于光生电子从SiC衬底转移到几层石墨烯覆盖层,这也有利于CO2到C2H5OH的有效转化途径,CH3OH的形成在很大程度上受到抑制,有利于C-C耦合。Highly Selective Photoelectroreduction
of Carbon Dioxide to Ethanol over Graphene/Silicon Carbide Composites Guanghui
Feng, Shibin Wang, Shenggang Li, Ruipeng Ge, Xuefei Feng, Junwei Zhang, Yanfang
Song, Xiao Dong, Jiazhou Zhang, Gaofeng Zeng, Qiang Zhang, Guijun Ma, Yi-De
Chuang, Xixiang Zhang, Jinghua Guo, Yuhan Sun,* Wei Wei,* Wei Chen*DOI: 10.1002/anie.202218664
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