福建农林大学廖光福教授团队在《Nature Communications》发表光催化领域重大突破：纯水体系下实现CO?高选择性还原制乙烷
2025年8月，国际权威学术期刊《Nature Communications》在线刊载了福建农林大学廖光福教授课题组的最新研究成果。该团队通过分子工程策略创新设计了一种氟苯修饰的苝二亚胺基光催化剂，首次在纯水体系中实现了二氧化碳（CO?）向乙烷（C?H?）的高选择性催化转化，反应路径选择性高达92%，为温和条件下碳资源高效利用开辟了新途径。
研究突破了传统光催化CO?还原依赖有机溶剂或复杂助催化剂的局限，通过氟苯基团的电子效应与空间位阻协同调控，显著提升了催化剂在纯水中的分散性及反应中间体C-C偶联效率。论文第一作者为肖茵、丁桂祥和陶家宇，帅李教授与廖光福教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、福建省科技重大专项等项目的支持。
本研究通过分子工程策略，创新设计并合成了一种基于N,N'-双(4-氟苯基)苝-3,4,9,10-双(二甲酰亚胺)（PDIBF）的受体-供体-受体（A-D-A）型超分子光催化体系。实验表明，在可见光照射（λ ≥ 420 nm）及纯水蒸气氛围下，该催化剂可高效驱动CO?还原与水氧化偶联反应，乙烷（C?H?）产率达124.84 μmol·g?1·h?1，较传统光催化剂性能提升超3倍，且C?H?选择性高达91%。
苝二酰亚胺（PDI）作为典型n型有机半导体，因稳定性强、电子亲和性高，在光催化领域应用广泛。但其平面共轭结构易引发分子间强π-π堆积，导致两大难题：
溶解性差：分子聚集导致催化剂难以分散，活性位点暴露不足；
载流子易复合：光生电子-空穴对未参与反应即湮灭，量子效率低下。
多技术表征证实氟苯修饰苝二酰亚胺衍生物PDIBF成功合成
电子显微镜观察显示，PDI及其氟苯修饰产物PDIBF均呈规整棒状结构（图2a-c），PDIBF的高分辨图像可见清晰晶格条纹，表明氟苯引入未破坏结晶性。
元素与化学键验证
元素面扫描（图2d-g）表明，F、N、O、C在PDIBF表面均匀分布，F与N/O信号重叠，初步证明氟苯基团共价连接成功。
13C NMR谱（图2h-i）中，162.97 ppm处羰基碳因N原子吸电子效应高场位移，114.54 ppm处新增C-F键特征峰；
FTIR光谱（图2j）显示1663 cm?1（C=O）和1216 cm?1（C-F）强吸收峰，进一步确认酰亚胺化反应完成。
晶体结构优化
XRD图谱（图2k）显示，PDIBF在22-29°的衍射峰强度减弱且左移，对应π-π堆叠层间距从0.34 nm增至0.38 nm，有效削弱分子间电子耦合。
表面电子态分析
XPS谱（图2l-m）中，F 1s（686.50 eV）和N 1s（400.11 eV）特征峰，以及C 1s分峰中C-F键（287.52 eV）的出现，定量分析表明F/C原子比为0.2:1，与理论值一致。
本研究首次构建了基于苝二酰亚胺（PDI）的氟苯功能化光催化剂PDIBF，通过氟原子强电负性诱导分子内电荷极化不对称分布（氟苯/羰基端富电子，苝核中心缺电子），形成强度提升3.2倍的内建电场（IEF），驱动CO?-H?O体系高效、高选择性（>92%）合成乙烷（C?H?）。
三大核心突破
中间体动态捕获：原位DRIFTS光谱首次直接观测到C-C偶联关键中间体*COCO（1850 cm?1特征峰），揭示乙烷生成的双碳耦合路径（图1a）；
反应能垒精准调控：DFT计算表明，氟苯引入使C-C键形成能垒从1.05 eV降至0.23 eV，突破传统有机半导体反应动力学限制（图1b）；
电荷分离效率跃升：A-D-A分子结构（受体-给体-受体）的非对称电子分布，使光生载流子分离效率提升至87%（较PDI提高2.4倍），寿命延长至2.1 μs（图1c）。
往期推荐
#文献速递丨史无前例！光催化领域新突破，江海龙教授最新Angew！
#文献速递丨3月份光催化领域高热度文章转载
#2024年1月热门文献汇总
1
END
1
北京镁瑞臣科技有限公司是一家集科研仪器研发制造、销售、服务于一体，以光催化行业为经营主线，致力于环境清洁、新能源、新材料、碳中和纵向深入发展和横向拓展并行的高科技企业。具有国家高新技术企业资质，企业信用评级AAA级企业认证，ISO9001质量管理体系质量认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证及多项实用新型专利和发明专利。
公司在光催化实验设备技术研发方面不断攻克技术难题，为光催化降解污染物、光解水制氢制氧或全解水、光催化二氧化碳还原、光催化合成氨（固氮）、光催化降解VOC、甲醛等实验提供运行更稳定、操作更便捷的实验设备整体解决方案。目前业务遍及全国，为清华大学、北京化工大学、北京大学、天津大学、上海交通大学、华东理工大学、武汉大学、西安交通大学、南京工业大学、南京林业大学、东北师范大学、福州大学、淮北师范大学、中科院物理研究所等科研机构提供了周到满意的服务，赢得了良好口碑。
立志于在光催化行业深耕细作厚积薄发，用品牌和服务成就每一个应该成功的人，愿成为您科研路上最真诚的伙伴！
全部评论(0条)
相关产品推荐（★较多用户关注☆）
MC镁瑞臣超级氙灯光源
报价：面议 已咨询 2413次
MC镁瑞臣氙灯光源系统
报价：面议 已咨询 2169次
MC镁瑞臣单色氙灯光源
报价：面议 已咨询 2281次
MC镁瑞臣模拟日光氙灯光源
报价：面议 已咨询 2406次
MC镁瑞臣单色LED光源
报价：面议 已咨询 2423次
MC镁瑞臣多通道光化学反应仪
报价：面议 已咨询 2203次
MC镁瑞臣自动光催化分解水
报价：面议 已咨询 2049次
MC镁瑞臣光催化合成氨实验系统
报价：面议 已咨询 2034次
你可能还想看
①本文由仪器网入驻的作者或注册的会员撰写并发布，观点仅代表作者本人，不代表仪器网立场。若内容侵犯到您的合法权益，请及时告诉,我们立即通知作者，并马上删除。
②凡本网注明"来源：仪器网"的所有作品，版权均属于仪器网，转载时须经本网同意，并请注明仪器网(www.yiqi.com)。
③本网转载并注明来源的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品来源，并自负版权等法律责任。
④若本站内容侵犯到您的合法权益，请及时告诉,我们马上修改或删除。邮箱：hezou_yiqi
热点文章
基尔中国 电磁流量计调试期与运行期常见故障排查
近期话题
相关产品
在线留言
沪公网安备 31011502008050号
参与评论
登录后参与评论