活性位点电子密度变化对光催化CO₂活化和选择转化的影响

摘要

光催化二氧化碳（CO₂）还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光，实现化学储能；更重要的是，此技术以温室气体CO₂为原料，因此可以减缓全球温室效应，构造人工碳循环。然而，光催化CO₂还原制液体燃料和高值化学品反应过程中面临诸多挑战：（1） CO₂分子吸附和活化过程困难；（2）(高附加值)碳产物选择性低；（3）产物生成后易发生其他副反应导致催化剂失活或产物选择性下降。受到以上三个挑战的制约，目前的反应效率较低，难以满足工业化应用。由于光催化CO₂向高值化学品的转化过程为质子耦合光生电子参与的还原反应，因此活性位点的电子密度会显著影响以上挑战的解决。然而，光催化CO₂还原过程涉及众多基元步骤，每个基元步骤对于活性位点的电子密度要求并不清晰，这导致无法有针对性设计高效的催化剂来促进光催化CO₂分子的有效活化及高选择性转化。本文综述了近期活性位点的电子密度变化对于CO₂分子吸附和活化过程、碳产物选择性调控和产物脱附及过氧化的影响规律，并总结了调控活性位点上电子密度的方法，旨在对未来设计高效光催化剂提供参考和理论依据。

关键词

光催化二氧化碳还原 / 高附加值化学品 / 电子密度调控 / 活性位点 / 产物选择性

基金资助

国家自然科学基金(22209135);; 中央引导地方科技发展资金项目(22ZYZYTS0231);; 中国博士后科学基金(2022M722635);; 四川省自然科学基金(2022NSFSC1264);; 四川省博士后创新人才支持项目;; 四川省科技项目(2021ZYD0035,2022YFH0084,2021YFH0055,2022YFSY0050)资助