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每日观察!持续燃烧产生的过量二氧化碳化石燃料排放导致的全球变暖

来源:    时间:2023-02-19 14:59:09


(资料图片)

全球变暖和环境问题是由剩余二氧化碳化石燃料持续燃烧产生的排放造成的。将过量的CO转化为人工能源产品进行维护是实现可持续发展的重要途径。太阳能驱动的光催化将CO 2还原为碳中性燃料(CO,CH 4)和/或增值化学品(HCOOH,CH 3 OH)为上述转化提供了可行的策略。实施这一反应可以同时缓解温室效应和能源危机。然而,由于其固有的化学惰性和高的C=O键裂解焓,CO 2活化分子特别困难。

为了避免CO 2中间体(相对于NHE)的热力学不利的高负平衡电势,通常获得包括化学物质和/或碳氢化合物的质子辅助多电子还原产物,以降低光催化CO 2转化的活化能。即便如此,高阶质子和电子转移产物的形成仍需克服相当大的动力学障碍,竞争性的H 2进化进一步增加了选择性获得产物的难度。例如光反应体系中最理想、最有价值的烃类燃料之一CH 4的光合作用就是一个巨大的挑战,因为八电子输运过程的完成需要光催化剂在理论上提供强大的还原能力和足够的电子。

研究人员认为,基于多金属氧酸盐的配位框架具有众所周知的结构稳定性和良好的催化性能,由于多金属氧酸盐和MCF的整合,可能更有利于光催化还原CO 2的协同效应。尤其是PMO _ 12“电子海绵”族的Zn--Keggin团簇,包含8个MoV原子,可以表征为强还原组分,理论上贡献8个电子。此外,Zn--Keggin是一个四面体节点,由-Keggin(PMo12)中的四个捕获的Zn(II)形成。与大多数阴离子型POM相比,Zn修饰的-Keggin为阳离子簇合物,有利于与有机配体配位。因此,如果将还原后的POM团簇和卟啉衍生物用于制备既有可见光捕获又有光激发电子迁移的pomfc,将是选择性光还原CO 2的良好策略。多电子还原产物。

因此,我们开发了两种POMCF,NNU-13和NNU-14,它们是由还原Zn--Keggin团簇和可见光响应TCPP关节组成的。这些聚甲醛树脂显示出高选择性(96%)和光催化甲烷的活性,远远超过许多MCF基光催化剂。理论计算表明,VB和CB的光生载流子主要分布在TCPP群和Zn--Keggin团簇中。通过还原的Zn--Keggin单元和TCPP接头之间的有效相互耦合,光激发的电子更容易流向POM端口。值得注意的是,强还原能力的POM结构单元的引入,不仅赋予了NNU-13和NNU-14良好的结构刚性,还促进了CH 4的光催化选择性。理论上可以通过提供足够的电子来实现CO 2分子的八电子还原。我们期待这种可行的方法将强还原组分组装成可见光敏感的光催化剂结构,能够点燃研究热情,建立一种高效的POMCF光催化剂,用于高选择性还原CO 2为CH 4或其他高价值碳氢化合物。

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