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光催化二氧化碳还原制多碳产物的先进光催化剂设计与机制:现状与挑战
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作者 杜晨宇 盛剑平 +4 位作者 钟丰忆 何烨 Vitaliy P.Guro 孙艳娟 董帆 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期25-41,共17页
在可持续碳资源利用的研究中,光催化CO_(2)转化为高附加值化学品的前景日益凸显.相较于常见的CO_(2)还原产物如甲烷、一氧化碳或甲酸,具有两个或更多碳原子的C_(2+)化合物因其具有更高的附加值而备受关注.然而,目前的研究面临着C–C偶... 在可持续碳资源利用的研究中,光催化CO_(2)转化为高附加值化学品的前景日益凸显.相较于常见的CO_(2)还原产物如甲烷、一氧化碳或甲酸,具有两个或更多碳原子的C_(2+)化合物因其具有更高的附加值而备受关注.然而,目前的研究面临着C–C偶联过程和多质子耦合电子转移效率的限制,导致光催化CO_(2)的还原反应产物主要为C1化合物.常规光催化剂难以突破这些动力学和热力学壁垒,导致目标产物C_(2+)化合物的生成量远低于实际工业应用所需要的水平.因此,开发具有良好性能的光催化剂,以实现C_(2+)化合物的高效制备,仍是当前面临的重要科学挑战.本文系统性地概述了光催化CO_(2)还原为C_(2+)化合物领域的最新研究进展.首先,从光催化的基本原理及C_(2+)产物的生成路径出发,在光催化剂设计方面,为突破C–C偶联和多质子耦合电子转移的限制,需要解决以下问题:(1)关键中间产物的生成与吸附转移;(2)活性位点对于中间产物的选择性;(3)光生电子的寿命与定向转移.随后,详细介绍了高效、高选择性光催化剂的合理设计策略,包括缺陷工程、双金属位点、表面等离子体共振以及异质结构造等.同时,深入探讨了C–C偶联和多电子偶联的质子转移过程的催化机制.最后,展望了光催化CO_(2)还原制C_(2+)高附加值产物的未来研究方向,催化剂设计与机制研究的关键方向包括:(1)设计高选择性和高效吸附*CO中间体的活性位点,以提升催化性能;(2)设计具有轨道匹配的双活性位点以减少邻近*CO中间体间的静电排斥,促进C–C耦合;(3)从分子轨道相互作用角度深入理解C–C耦合和电子转移过程,揭示反应机制;(4)鉴别反应过程中的自由基组分,阐明多质子耦合电子转移过程的机理.综上所述,本文系统地梳理了光催化CO_(2)还原制C_(2+)高附加值产物的研究进展、关键问题、催化剂设计原理以及未来研究方向,旨在为开发设计高效、高选择性催化剂提供有益的参考. 展开更多
关键词 CO_(2)还原 C_(2+)产物 光催化 活性位 反应机理
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配体密度控制促进CsPbBr_(3)量子点激子解离与能量转移实现高效CO_(2)光催化还原
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作者 钟丰忆 盛剑平 +3 位作者 杜晨宇 何烨 孙艳娟 董帆 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期901-912,共12页
Perovskite quantum dots(PQDs) hold immense potential as photocatalysts for CO_(2) reduction due to their remarkable quantum properties,which facilitates the generation of multiple excitons,providing the necessary high... Perovskite quantum dots(PQDs) hold immense potential as photocatalysts for CO_(2) reduction due to their remarkable quantum properties,which facilitates the generation of multiple excitons,providing the necessary high-energy electrons for CO_(2) photoreduction.However,harnessing multi-excitons in PQDs for superior photocatalysis remains challenging,as achieving the concurrent dissociation of excitons and interparticle energy transfer proves elusive.This study introduces a ligand density-controlled strategy to enhance both exciton dissociation and interparticle energy transfer in CsPbBr_(3) PQDs.Optimized CsPbBr_(3) PQDs with the regulated ligand density exhibit efficient photocatalytic conversion of CO_(2) to CO,achieving a 2.26-fold improvement over unoptimized counterparts while maintaining chemical integrity.Multiple analytical techniques,including Kelvin probe force microscopy,temperaturedependent photoluminescence,femtosecond transient absorption spectroscopy,and density functional theory calculations,collectively affirm that the proper ligand termination promotes the charge separation and the interparticle transfer through ligand-mediated interfacial electron coupling and electronic interactions.This work reveals ligand density-dependent variations in the gas-solid photocatalytic CO_(2) reduction performance of CsPbBr_(3) PQDs,underscoring the importance of ligand engineering for enhancing quantum dot photocatalysis. 展开更多
关键词 Perovskite quantum dots LIGANDS Photocatalytic CO_(2)reduction Exciton dissociation Electronic coupling
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