有效控制二氧化碳（CO2）光還原到C2產(chǎn)物的選擇性轉(zhuǎn)化是一項重大挑戰(zhàn)。基于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授（教育部長江特聘教授）、西南石油大學(xué)張輝教授（化學(xué)化工學(xué)院副院長）在國際頂級期刊Nature Communications發(fā)表題為《Supported Au single atoms and nanoparticles on MoS2 for highly selective CO2-to-CH3COOH photoreduction》的研究論文。在此，作者通過將Au納米顆粒和單原子可控地注入富邊MoS2的不飽和Mo原子中，開發(fā)了一種異質(zhì)結(jié)光催化劑，即Aun/Au1-CMS。測試發(fā)現(xiàn)，CO2光還原生成CH3COOH的選擇性為86.4%，與缺乏單原子的樣品相比增加了6.4倍，且C2產(chǎn)物的總體選擇性為95.1%。此外，與含有單原子且不含納米顆粒的樣品相比，CH3COOH 的產(chǎn)率增加了22.4倍。光學(xué)實驗證明，單原子域可以有效捕獲Au納米顆粒的光生電子，或納米顆粒產(chǎn)生的局域電場促進了MoS2中光生電子向Au單原子轉(zhuǎn)移，延長了光生電子的弛豫時間。機理研究表明，Au5d和Mo4d的軌道耦合增強了Mo的氧親和力和Au的碳親和力。雜化軌道降低了CO分子軌道的能量分裂水平，有助于C-C耦合。不僅如此，Mo-Au雙位點穩(wěn)定了關(guān)鍵的氧相關(guān)中間體 *CH2CO，從而提高了對 CH3COOH 的選擇性。跨尺度異質(zhì)結(jié)為同時解決CO2到CH3COOH轉(zhuǎn)化過程中的動力學(xué)和熱力學(xué)限制提供了一種有效策略。圖1：Aun/Au1-CMS的合成和結(jié)構(gòu)表征Chen, C., Ye, C., Zhao, X. et al. Supported Au single atoms and nanoparticles on MoS2 for highly selective CO2-to-CH3COOH photoreduction. Nat. Commun. 15, 7825 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52291-9.
