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变废为宝:催化剂将二氧化碳光催化为甲烷

发布时间:2019-08-07 09:14 浏览次数:

强还原性Zn-ε-Keggin与光敏金属卟啉(TCPP)相结合,新催化剂选择性超过96%。

POMCF光还原CO2生成CH4

许多化学家都致力于将温室气体CO2光催化为可用的能源产品,以太阳能为能源,同时缓解温室效应和能源危机。然而,CO2分子中C=O键的化学惰性很高,使得此类反应非常困难。此外,反应中间体CO2•–可以和多质子及多电子进一步结合,从而生成不同的还原产物,又限制了反应的选择性。举例来讲,CO2转化为燃料甲烷(CH4)的过程就十分困难:反应中需要完成8个电子的传递,需要光催化剂提供强大的还原能力和足够的电子。

在最新发表于《国家科学评论》(National Science Review,NSR)的文章中,南京师范大学兰亚乾教授课题组构建了多酸基金属配位骨架(POMCF)化合物,其在光催化CO2还原系统中对CH4的生成具有高选择性(>96%)。

POMCF设计成功的关键在于强还原性多酸簇(Zn-ε-Keggin)与光敏金属卟啉(TCPP)的结合。Zn-ε-Keggin簇包含8个MoV原子,理论上可以作为强还原性组分并贡献八个电子,从而实现多电子还原。将Zn-ε-Keggin嫁接于光敏TCPP,就能同时实现可见光捕获和光激发电子迁移,电子在两个单元之间的有效相互作用下定向流动,从而保证反应的高选择性。

这种将强还原组分嫁接于光敏配体以制备催化剂的方法,可能成为将CO2高选择性还原为CH4或其他高价值碳氢化合物的有效策略。