全球氣候變遷和能源需求，促使人們對于將二氧化碳進行可持續(xù)轉化為可儲存的液體燃料的目標越來越強烈。迄今為止，太陽能是可持續(xù)、碳中性燃料生產的最大清潔、可再生能源的來源。通過太陽能直接轉化為燃料系統(tǒng)，將光吸收、電荷分離和氧化還原驅動化學的功能集中在一起，也已成為光伏驅動電化學電池的替代品。主因是它們有效回避了與硅或其他高效太陽能電池相關的制造過程，并且在原則上可以設計用于獲取更多種類的有用化學產品。而從CO2直接生產CO的光催化系統(tǒng)，預期將在太陽能燃料級聯(lián)網(wǎng)絡中發(fā)揮重要的作用，但是，至今性能最佳的系統(tǒng)卻仍遠未達到相應的技術目標。迄今為止，性能最好的光催化CO2還原系統(tǒng)只能在非水溶劑中運行，但技術上可行的太陽能燃料網(wǎng)絡則是更期望能在水中作用。于是，最近Emily A. Weiss教授在J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表了一種能在 pH 6-7 的純水中將 CO2 進行光還原催化為 CO的研究工作。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
該研究實現(xiàn)了前所未有的性能參數(shù)，如轉化數(shù) TON-(CO)= 72484-84101，量子產率（QY） = 0.96-3.39%，選擇性（SCO） > 99%。
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他們通過使用 CuInS2 膠體量子點（QD）作為光敏劑，加上引入了鈷卟啉催化劑，即可在較高的催化劑濃度下，使反應系統(tǒng)達到 QY = 3.53-5.23%的效果。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
該研究的QD 驅動系統(tǒng)的性能大大超過了基準水系統(tǒng)（926 次轉化，量子產率為 0.81%，選擇性為 82%），主要是由于QD 對催化劑的靜電吸引，促進了光電子源處質子、CO2 和催化劑的快速多電子傳遞和共定位。此外，還有用游離胺終止 QD 的配體殼的策略，可將 CO2 捕獲為氨基甲酸，從而作為 CO2 的儲庫，有效增加其在水中的溶解度，并降低鈷卟啉催化 CO2 還原的潛力。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
參考文獻：Quantum Dot-Sensitized Photoreduction of CO2 in Water with Turnover Number > 80,000
J. Am. Chem. Soc. 2021, jacs.1c06961
原文作者：Francesca Arcudi,? Luka?or?evic?,? Benjamin Nagasing, Samuel I. Stupp, and Emily A. Weiss*
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c06961
