隨著化石燃料的不斷消耗，降低大氣中CO2濃度并實現(xiàn)其增值利用，是實現(xiàn)碳循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。其中，太陽能驅(qū)動的光催化可以直接將CO2和水轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)物，如C2H4，具有重要的應(yīng)用前景。然而，由于C?C耦合過程的高能量勢壘，很大程度上抑制*CO中間體的快速偶聯(lián)，從而導(dǎo)致了C2+產(chǎn)物的低選擇性。
近日，山東大學(xué)程合鋒教授、黃柏標(biāo)教授團隊報道了一種由離子液體修飾的Cu表面等離子體催化劑，其中1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM-BF4）離子液體與Cu通過Cu-N鍵有效結(jié)合。離子液體基團的存在有效穩(wěn)定了*CO中間體，從而降低了C?C偶聯(lián)過程的勢壘，促進關(guān)鍵中間體*OCCO的生成，實現(xiàn)了乙烯產(chǎn)物的高選擇性合成。 在單色光照射下，離子液體修飾的表面等離子體Cu納米線的光催化性能呈現(xiàn)火山狀。當(dāng)單色光波長為450nm時，催化劑的性能及選擇性達到最優(yōu)，實現(xiàn)了96.7%的乙烯選擇性。相比之下，純銅催化劑的主要產(chǎn)物為甲烷。當(dāng)離子液體濃度為1%時，此時催化劑性能為最優(yōu)，此后隨離子液體濃度的升高，光催化反應(yīng)性能逐漸下降。 通過原位紅外與理論計算，對反應(yīng)機理進行了探究。相較于純銅催化劑，經(jīng)離子液體基團修飾后，成功捕獲到*OCCO、*OCCOH等重要中間體；而理論計算證明離子液體基團成功穩(wěn)定了*CO中間體，降低了C?C偶聯(lián)的勢壘，有效促進了關(guān)鍵中間體*OCCO的生成。該工作提供了一種高選擇性生成C2產(chǎn)物的新策略，通過離子液體基團穩(wěn)定*CO中間體，可實現(xiàn)CO2還原到其它目標(biāo)產(chǎn)物的高選擇性合成。 論文信息 Plasmon-Driven Highly Selective CO2 Photoreduction to C2H4 on Ionic Liquid-Mediated Copper Nanowires Hongli Liu, Bin Sun, Zaiqi Li, Difei Xiao, Prof. Zeyan Wang, Prof. Yuanyuan Liu, Prof. Zhaoke Zheng, Prof. Peng Wang, Prof. Ying Dai, Prof. Hefeng Cheng, Prof. Baibiao Huang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410596
