Cu‐ZnS Modulated Multi‐Carbon Coupling Enables High Selectivity Photoreduction CO2 to CH3CH2COOH

选择性 光催化 材料科学 联轴节(管道) 碳纤维 光电子学 光化学 催化作用 化学工程 无机化学 化学 冶金 有机化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Fuxia Huang,Feng Wang,Ya Liu,Liejin Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (7): e2416708-e2416708 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adma.202416708
摘要

Abstract The direct photocatalytic conversion of CO 2 and H 2 O into high‐value C 3 chemicals holds great promise but remains challenging due to the intrinsic difficulty of C 1 –C 1 and C 2 –C 1 coupling processes and the lack of clarity regarding the underlying reaction mechanisms. Here, the design and synthesis of a Cu‐ZnS photocatalyst featuring dispersed Cu single atoms are reported. These Cu single atoms are coordinated with S atoms, forming unique Cu‐S‐Zn active units with tunable charge distributions that interact favorably with surface‐adsorbed intermediates. This configuration stabilizes the * COHCO intermediate and facilitates its subsequent coupling with * CO to form * COCOHCO both thermodynamically and kinetically favorable on the Cu‐ZnS surface. Notably, multiple critical C 3 intermediates, including * COCOHCO, * OCCCO, and * CHCHCO, are identified, providing a clear reaction pathway for CO 2 to CH 3 CH 2 COOH conversion. The Cu‐ZnS photocatalyst achieves a CO 2 to CH 3 CH 2 COOH conversion rate of 0.45 µmol h − ¹ with an electron selectivity of 91.2%. Remarkably, in the presence of triethanolamine, the production rate increases to 16.9 µmol h − ¹ with a selectivity of 99.8%. These findings underscore the importance of modulating multicarbon coupling processes to enable the efficient photocatalytic transformation of CO 2 into C 3 products, paving the way for future advancements in sustainable chemical synthesis.
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