原子分散的In-Cu双金属活性位点促进C-C偶联光催化CO2制乙醇

1. 文章信息

标题：  Atomically Dispersed Indium-Copper Dual-Metal Active Sites Promoting C−C Coupling for CO2 Photoreduction to Ethanol

中文标题：原子分散的In-Cu双金属活性位点促进C-C偶联光催化CO2制乙醇       

页码：  e202208904 (1-10)  

DOI：  10.1002/anie.202208904                

2. 文章链接

  https://doi.org/10.1002/anie.202208904  

3. 期刊信息

期刊名：Angewandte Chemie International Edition

ISSN：  1433-7851   

2022年影响因子：  16.823

分区信息： 中科院一区Top；JCR分区（Q1） 

涉及研究方向： 化学研究的各个领域  

4. 作者信息：第 一作者是  时海南（大连理工大学） 。通讯作者为  郭新闻（大连理工大学），侯军刚（大连理工大学）。

5. 光化学高压反应釜型号：北京中教金源（CEL-HPR100T，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；氙灯光源型号：北京中教金源（CEL-PE300L-3A，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。

太阳能驱动CO2转化提供一条潜在的绿色路径缓解能源需求的压力以及日益恶化的环境问题。由于较高的能垒，迟缓的动力学以及很低的多电子利用效率，高附加值太阳燃料（C2+）如乙烯、乙烷、乙醇等的生成仍然具有很大的挑战。它对光催化剂的设计与制备提出了更高的要求。Cu被认为是CO2转化生成C2+产物最 具有活性的金属，Cu+对*CO具有较好的吸附能力促进碳-碳偶联。

如何设计Cu基催化剂光催化CO2还原制备C2+，同时具有较高的活性和选择性是难点。单原子催化剂被不断地证明在CO2还原反应中具有较高的活性与选择性。然而，对于光催化CO2还原生成C2+产物中多电子-质子的反应过程，单原子金属位点结构的单一性使其催化性能受到了内在的限制。基于此，开发多功能的原子分散的催化剂满足光催化CO2反应过程需要的较好的光吸收、电荷分离效率，高活性的反应位点，尤其增强对中间体*CO吸附促进C-C偶联，提高C2+产物的生成是非常必要的。

本工作以氮化碳为载体，采用原位热解的策略制备了原子分散的In-Cu双金属催化剂，实现了光催化CO2还原制乙醇。

调控金属Cu，以及In的负载量，增强光吸收、电荷分离效率，光还原CO2制乙醇的生成速率达到28.5 umol g-1 h-1，选择性达到92%。

实验结合DFT计算表明：原子In引入到Cu单原子催化剂中，加速了氮化碳载体向金属位点的电子转移，提高电荷分离及利用效率；In向Cu位点转移电子，调控Cu的电子结构，使其富集电子，更具有活性；In-Cu发挥协同效应，增强*CO的吸附促进C-C偶联；In-Cu位点参与*CO二聚作用，降低*COCO的生成能垒，促进乙醇的生成。

图1. 原子分散的In-Cu催化剂的合成示意图以及球差图像。

图2. InCu/PCN催化剂的Cu K边和In K边的XAFS分析结果。

图3. 光催化CO2还原反应评价

图4. CO吸附饱和后脱附的DRIFTS光谱以及DFT计算结果

总结：

作者以氮化碳为载体，采用原位热解的策略制备了原子分散的In-Cu双金属催化剂，实现了高活性高选择性地光催化CO2还原制乙醇。该工作为开发高效稳定的光催化剂催化转化二氧化碳生成高附加值太阳燃料提供新的思路。

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