從安徽師范大學(xué)獲悉，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院毛俊杰教授的團(tuán)隊(duì)在光催化二氧化碳還原行業(yè)取得了重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)根據(jù)原子尺度精確設(shè)計(jì)了多點(diǎn)合作催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了二氧化碳向高效產(chǎn)物丙烷的有效轉(zhuǎn)化。相關(guān)研究成果最近發(fā)表在國際期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

二氧化碳作為一種重要的溫室氣體，其資源利用是應(yīng)對氣候變化、完成能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑之一。由太陽能驅(qū)動(dòng)的光催化技術(shù)可以直接將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為高外觀水平的化學(xué)品，為碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)帶來了理想的解決方案。然而，二氧化碳分子具有很強(qiáng)的化學(xué)慣性，氧化反應(yīng)過程復(fù)雜，特別是當(dāng)生產(chǎn)含有3個(gè)或3個(gè)以上碳原子的長碳鏈產(chǎn)物時(shí)，它需要經(jīng)歷多次碳偶聯(lián)反應(yīng)，在能量和動(dòng)力學(xué)方面面面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)催化劑通常局限于甲烷、一氧化碳等短碳鏈產(chǎn)物的生成，難以實(shí)現(xiàn)長碳鏈化合物的有效選擇性生成。

針對這一問題，研究小組創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種基于金屬有機(jī)框架材料的原子級催化劑。該催化劑為NH2。-MIL-125（Ti）在納米片的基礎(chǔ)上，根據(jù)精確的控制和準(zhǔn)備過程，建立了由鎳單原子和相鄰錳雙原子組成的協(xié)同活性中心，顯示出良好的應(yīng)用潛力。

通過深入的機(jī)制研究，研究人員得出結(jié)論，丙烷的高選擇性生成源于鎳和錳活性位點(diǎn)之間的協(xié)同機(jī)制。鎳單原子位點(diǎn)主要從事活性二氧化碳并轉(zhuǎn)化為一氧化碳中間體；相鄰的錳雙原子位點(diǎn)有效地促進(jìn)了碳鍵的形成和連接。非常重要的是，鎳和錳之間的強(qiáng)電子相互影響顯著削弱了反映中間體在組合過程中的原始排斥，促進(jìn)了從雙碳中間體向三碳產(chǎn)物轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵步驟，實(shí)現(xiàn)了丙烷的高選擇性生成。

本研究揭示了光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化過程中碳鏈延伸的關(guān)鍵系統(tǒng)，為高效、高選擇性二氧化碳還原催化劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)帶來了新的策略。這一成果不僅促進(jìn)了光催化碳轉(zhuǎn)化行業(yè)的基礎(chǔ)研究進(jìn)展，而且為溫室氣體資源的利用和綠色化學(xué)原料的生成開辟了新的途徑。

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