光催化中活性位點的動態行有新解

近日，電子科技大學資源與環境學院的科研人員在美國《國家科學院院刊》發表論文，對光催化中活性位點的動態行為這一科學難題提供了新的理解，為實現高選擇性催化和精準構筑動態活性位點提供了全新的思路。

太陽能驅動的二氧化碳轉化研究應對了溫室氣體排放和可持續能源需求所帶來的挑戰，對環境和能源領域具有重要意義。陽光驅動的CO₂光催化甲烷化具有很大前景，但由于涉及多個連續的質子-電子耦合轉移過程，且質子和電子傳遞效率低、質子-電子轉移動力學緩慢，因此提高甲烷轉化的選擇性和效率仍具有挑戰性。

本研究開發了一種基于光激發的合成方法，利用光催化過程中的光源，原位構筑原子級相鄰的雙缺陷位點，作為成對的氧化還原活性位點，為CO₂光催化過程中CO₂還原和H₂O氧化分解這兩個半反應提供反應中心。光誘導的氧缺陷提供電子，促進二氧化碳的吸附和活化，生成豐富的含碳中間體；Ti缺陷加速水的活化和分解，生成活性的H*物種。同時，最小化空間位阻的原子級相鄰雙位點，促進了高效電子-質子傳輸，保障了含碳中間體的后續質子化，調節了表面結合中間物種的配位模式，有效地將反應路徑引導至甲烷生成，使甲烷產量提高了80倍，產品選擇性從CO完全轉向CH₄。

電子科技大學資源與環境學院博士研究生何燁為第一作者，電子科技大學基礎與前沿研究院教授董帆為論文通訊作者，電子科技大學資源與環境學院為論文第一單位。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2322107121