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蘭興旺/白國義ACS Catalysis:Tx-TzTz-CMP-2選擇性光還原CO2為CH4

蘭興旺/白國義ACS Catalysis:Tx-TzTz-CMP-2選擇性光還原CO2為CH4
光催化CO2還原成CH4是緩解當前能源和環(huán)境危機的一種有吸引力的方法,但實現(xiàn)高選擇性和高轉(zhuǎn)換效率還是一個挑戰(zhàn),因此合理設計用于CO2吸附和活化的光催化劑至關重要。
基于此,河北大學蘭興旺教授和白國義教授等人報道了兩種以噻唑[5, 4-d]噻唑連接的具有氧化還原活性的松石(truxene)基共軛微孔聚合物,用于無金屬光催化將CO2還原為CH4
需注意,擴展π-共軛體系的優(yōu)化聚合物Tx-TzTz-CMP-2的CH4產(chǎn)率為300.6 μmol g-1 h-1,選擇性為71.2%,在不添加任何金屬助催化劑和光敏劑的情況下,其CH4產(chǎn)率高于大多數(shù)已有報道的光催化劑。
蘭興旺/白國義ACS Catalysis:Tx-TzTz-CMP-2選擇性光還原CO2為CH4
通過DFT計算,作者研究了可能的反應途徑上的吉布斯自由能。DFT計算表明,缺乏電子的噻唑-[5, 4-d]噻唑環(huán)作為活性催化位點暫時容納CO2,其中N位點相對于S位點具有較低的CO2吸附能,表明N位點可能是捕獲CO2用于后續(xù)還原過程的最有利的活性位點。在噻唑基團N位點的配位CO2分子表現(xiàn)出輕微的彎曲構型,距離為2.92 ?,證實CO2是被N位點激活的。
蘭興旺/白國義ACS Catalysis:Tx-TzTz-CMP-2選擇性光還原CO2為CH4
更重要的是,CO的解吸和*CO加氫生成*CHO的過程是自發(fā)放熱過程,但CO的解吸比生成*CHO具有更高的吉布斯自由能,導致CO2光還原為CO的選擇性較低。通常,*CHO中間體可能被還原為*CHOH(途徑I)和*OCH2(途徑II),其中*OCH2的生成能量顯著低于中間體*CHOH的生成能量。因此,在可見光照射下,通過途徑II的質(zhì)子偶聯(lián)還原*CHO在熱力學上更可行,從而降低CO的選擇性,實現(xiàn)CH4產(chǎn)物的選擇性。
蘭興旺/白國義ACS Catalysis:Tx-TzTz-CMP-2選擇性光還原CO2為CH4
Extending the π-Conjugated System in Conjugated Microporous Polymers to Modulate Excitonic Effects for Metal-Free Selective CO2 Photoreduction to CH4. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02950.

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