《Acc. Chem. Res.》: CO₂光还原生成C₂产物中电荷极化活性位点工程的基本原理和挑战

Yang Wu,⁺ Qinyuan Hu,⁺ Qingxia Chen,^* Xingchen Jiao,^* and Yi Xie^*

二氧化碳（CO₂）的过量排放导致全球变暖和气候恶化，利用太阳能将二氧化碳转化为含碳燃料可以同时缓解气候恶化和能源短缺问题。在过去的十年中，虽然CO₂光还原研究取得了很大的成就，但在产物选择性和活性方面仍面临着巨大的挑战。在目前的催化剂上，CO₂光还原通常产生C₁产物，由于C₁中间体的C-C耦合的动力学挑战，,很难获得具有较高经济价值和能量密度的C₂产物。因此，为了实现CO₂光还原为C₂燃料，设计高活性光催化剂以加速C-C耦合具有重要意义。

目前，CO₂光还原制备C₂燃料的机理通常是不确定的，这可能是由于难以确定C-C耦合步骤的实际催化位点和难以监测多电子转移过程中低浓度的活性中间体。鉴于此，本文重点介绍了CO₂光催化还原为C₂燃料的各种策略包括空位工程、掺杂工程、负载工程和异质结工程，用于设计电荷极化活性位点，促进C-C耦合。同时，本文概述了多种原位表征技术，例如原位X射线光电子能谱，原位拉曼光谱和原位傅里叶变换红外光谱，用于确定电荷极化活性位点和监测反应中间体，有助于深入揭示CO₂光还原生成C₂产物的内部催化机理。

本文第一作者为中国科学技术大学博士生吴洋、江南大学硕士生胡秦源，通讯作者为中国科学技术大学谢毅院士、江南大学焦星辰教授、陈庆霞副教授。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2CS00688J

图1.在(a)电荷平衡活性位点和(b)电荷极化活性位点上可能的CO₂光还原过程

图2. 电荷极化光催化剂上C₂产物的CO₂光还原过程