將二氧化碳(CO2)轉化為清潔燃料和化學品，為解決能源短缺和氣候變化等關鍵問題提供了一條有前景的途徑。與電催化、熱催化和生物催化相比，光催化技術具有結構簡單、成本低、環(huán)境可靠等優(yōu)點，是一種很有前途的固碳技術。并且，無犧牲劑的C2+化合物的光催化合成也吸引了許多人的關注。
到目前為止，最先進的光催化裝置主要產生低活性的C1產物，并且在反應過程中通常需要犧牲劑。這些缺點可以歸因于以下原因：首先，大多數半導體具有固定的能帶結構，在不影響光吸收的情況下很難提供足夠的氧化還原電位；其次，系統中缺乏有效的電子遷移通道，電子-空穴復合程度較高；最重要的是，C-C偶聯是一個高度吸能的過程，動力學緩慢，不利于無偏壓C2+化合物的合成。因此，合理設計催化劑，結合合適的半導體光吸收劑來解決上述關鍵問題，是突破無偏壓C2+化合物合成瓶頸的關鍵。基于此，密歇根大學米澤田、麥吉爾大學宋俊和上海交通大學周寶文等利用Au與反應物/中間體的弱相互作用，將Au與Ir偶聯(AuIr@InGaN)用于光驅動CO2還原為C2+產物。實驗結果表明，在3.5 W cm?2光照和沒有外加偏壓或犧牲劑的條件下，最優(yōu)的Au0.44Ir0.56@InGaN NWs/Si的C2H6產率達到58.8 mmol g?1 h?1，對CH4和C2H6的總選擇性約為17.6%。此外，考慮到合成氣的有用副產物，所設計的裝置具有約0.59%的LTF效率，C2H6的周轉數為54595，且連續(xù)反應60 h沒有發(fā)生明顯的性能下降。研究人員總結了Au2Ir2(111)面上C-C偶聯之前的反應途徑的自由能圖，即CO2首先吸附并被氫化成COH(*CHO除外)，然后*COH將進一步氫化成*C、*CH、*CH2和*CH3，最后，另一個*CO2插入形成的*CH3中間體以產生*CH3COO。值得注意的是，AuIr合金中的Ir位點通過降低關鍵基元反應步驟的反應能來提高CO2還原活性，并將選擇性從主要的HER轉變?yōu)镃-C偶聯；如果在Au中加入大量的Ir，則會降低Au與Ir在促進光催化還原CO2方面的協同作用。綜上，基于Operando光譜和理論計算結果，證明在AuIr@InGaN NWs/Si上通過將CO2插入*CH3實現C-C-偶聯，從而促進CO2和H2O反應生成C2H6。Light-driven Synthesis of C2H6 from CO2 and H2O on a Bimetallic AuIr Composite Supported on InGaN Nanowires. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01023-1
