CO2是典型的温室气体，是气候变化的罪魁祸首。目前，人类迫切需要人工方法通过高效的CO2转化来维持碳平衡，从而实现碳中和经济。其中，催化还原CO2生产高附加值产品的方法受到了科学界的广泛关注和研究。在这里，边肖每周汇总更新一周的最新论文成果，供业界参考。对于感兴趣的内容，可以点击给定的DOI网站查看具体细节。
1]“调整作为有缺陷的氮氧化物纳米片的*OCHO中间体的速率确定步骤以实现稳定的CO2电还原”
先进能源材料，2022.06.03
https://doi.org/10.1002/aenm.202200321
CO2电化学转化为碳氢化合物是减少温室效应和促进可持续能源循环的最有前途的方法之一。然而，开发一个好的模型来阐明催化剂中掺杂剂和空位对CO2电还原的影响是一个巨大的挑战。
最近，研究人员报道了掺杂氮掺杂剂和氧空位的多孔氮氧化铟纳米片可以实现CO2到甲酸的高效转化。结果表明，与原始的In2O3、Vo-In2O3、InN相比，该催化剂在-0.8 V的低电位下表现出极高的甲酸酯选择性，并在-1.13 V下提供121.1ma·cm–2的大电流密度生成甲酸酯。密度泛函理论计算表明,*OCHO中间体的形成是速率控制步骤。氮掺杂剂和氧空位的协同作用有助于CO2的活化，促进电荷转移，降低*OCHO质子化的反应自由能。这项工作不仅揭示了氮掺杂剂和氧空位之间的协同效应对提高催化性能的基本认识，而且为CO2的转化提供了有效的途径。
[2]“压电振动催化CO 2还原”
先进能源材料，2022.06.02
https://doi.org/10.1002/aenm.202200253
随着化石燃料的大量消耗导致CO2排放量的增加，制定利用可再生能源将CO2转化为高附加值化工原料的策略是非常必要的。在过去的几十年里，利用光能光催化还原CO2引起了广泛的关注。然而，先进的光催化技术离不开光。最近，研究人员提出了一种基于振动驱动压电的CO2减排方法，利用机械振动代替光产生压电电催化效应。在温和振动和不添加牺牲剂的条件下，压电钛酸钡催化剂提供了合适的压电电位来克服CO2的氧化还原电位并将其转化为CO，最大产率为63.3mol·g-1，达到了与光催化剂相同的反应活性。压电CO2还原反应通过扩大能量利用范围促进碳中和，在现有光催化技术的基础上增加了新的途径。
[3]“原子间电负性的移动决定了催化CO 2还原反应的选择性”
先进能源材料，2022.06.01
https://doi.org/10.1002/aenm.202200579
由于CO2分子的热力学稳定性和竞争性析氢反应，实现CO2电还原成增值原料的高效率和高选择性一直是具有挑战性的。最近，研究人员利用电纺碳纳米纤维合成了由原子分散的CuN4和NiN4双金属位点组成的双单原子催化剂。理论和实验研究揭示了铜和镍原子间电负性变化引起的强电子相互作用。精细和补偿的电子结构产生了抵消效应，优化了*COOH中间体的吸附强度，改善了CO2还原反应动力学，从而显著提高了催化剂的固有活性和选择性。CuNi-DSA/CNFs催化剂在-0.78-1.18V的宽电位窗口内表现出99.6%的优异FE含量、高转换频率和优异的耐久性。此外，还构建了用于CO2转化的水基锌-CO2电池。这种双原子结构的原子电负性转移为发展先进的CO2 RR电催化剂提供了一个有吸引力的方向。
[4]“Pt单原子光诱导结构在高效光催化还原CO 2中的动态演化”
ACS应用程序。接口，2022.06.06
https://doi.org/10.1021/acsami.2c04794
揭示光催化过程中活性中心的结构演变对理解催化机理非常重要，但仍是一个巨大的挑战。最近，研究人员以单原子为机理研究平台，研究了SAs结构在光照下的变化以及相应的反应途径控制机制。特别地，采用缺陷锚定策略将Pt SAs锚定在富含金属离子空的ZnNiTi层状双氢氧化物刻蚀的载体上。CO- Fourier变换红外和X射线吸收精细结构表征证明，Pt SAs在不同光强下可以获得光电子形成阳离子Pt、富电子Pt和近中性Pt δ+的物种。上述不同的Pt sa在光催化CO2还原中被原位诱导，观察到产物分布显著:在弱光下，Pt sa不能活化CO，因此CO不能进一步转化为烃；在中等光照下，富电子的Pt SAs可以与相邻的LDH表面位点协同形成C-C偶联通路，生成C2H6;Pt δ+中性态的Pt SAs可以直接将CO加氢生成CH4。该工作揭示了Pt SAs在光催化中的结构演化及其对催化性能的影响，为高效光催化剂的构建提供了新的思路。
[5]“用于高效CO2电还原的工业纳米反钙钛矿氮化物的界面电子离域”
化学。脱线。2022.06.03
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c00918
反钙钛矿是一种具有确定立方晶格结构的新型功能材料。它们为研究多相催化中的构效关系提供了一个很好的实体。最近，研究人员合成了氮化物基反钙钛矿CuNNi3，并首次探索了其在二氧化碳电还原制合成气中的催化性能。发现在CuNi3的面心立方晶胞体心引入N可以产生丰富的各种强度的Lewis碱位，有利于相关关键物质的吸附，从而显著提高CO2 RR的氢还原效率。更重要的是，当薄的cuni 3纳米壳层包覆在cuni 3合金核上时，会出现显著的纳米尺寸和界面相互作用效应，从而改变反钙钛矿的催化行为。一方面，纳米化效应导致高氧化态Ni2+物种的出现，从而使CuNNi3纳米壳层中的弱路易斯碱位失活，从而抑制析氢；因此，CuNi3 @ CuNNi3纳米复合材料提供了96%的CO法拉第效率，而对照组的效率仅为70%。另一方面，观察到从CuNNi3合金核到CuNNi 3纳米壳的明显界面电子离域，发现这增加了Cunni3立方晶胞中的N逃逸能，从而提高了其化学稳定性。因此，CuNi3 @ CuNNi3纳米复合材料与它们在CO2 RR中的大体积对应物相比，显示出显著提高的催化稳定性。本工作首次探索了氮化物基反钙钛矿在CO2电化学还原中有趣的电催化行为，为研究CO2 RR的构效关系提供了可能。
[6]“用于高效CO2光还原的锆官能化金属-有机框架”
化学。Commun。, 2022.06.07
https://doi.org/10.1039/D2CC02650C
最近，研究人员用紫精分子修饰了MIL-125-NH2，得到了紫精功能化的金属有机骨架，即MIL-125-RV2+。这是紫精MOF催化剂首次用于光催化还原CO2。它表现出优异的光催化活性和对HCOO的高选择性。结果表明，利用具有光响应性的光致变色有机化合物功能化MOF的策略对实现高效CO2 RR具有重要意义。
[7]“用于电化学CO2还原的具有低配位In-N基团的p-嵌段铟单原子催化剂”
ACS催化公司，2022.06.07
https://doi.org/10.1021/acsctal.2c01805
CO2的电化学还原是生产增值化学品的一种有前途的方法。负载有原子分散金属位点的氮掺杂碳对CO2 RR表现出优异的催化性能。然而，在过渡金属之外开发这种催化剂仍然面临挑战。
最近，研究人员提出了两种类型的p- block铟单原子催化剂:一种具有四个氮配位，另一种具有三个氮配位。在电化学CO 2还原中，In-N3-V位点可以实现CO在-0.57 V水介质中的最大法拉第效率，最大FE CO为80%。密度泛函理论计算表明，从In-N4到In-N3-V的结构变化使得In轨道能量更接近费米能量。这些杂化轨道负责降低由COOH*中间体形成的能垒，从而提高催化性能。这项工作揭示了催化性能与In单原子位置结构之间的关系，并强调了通过调整S和pz轨道的电子态来开发用于电化学CO2还原的高效P-嵌段单原子催化剂的重要性。
[8]《关于光催化CO 2转化反应路径的意见》
ACS催化公司，2022.06.03
https://doi.org/10.1021/acsctal.2c01012
光催化将CO2转化为高附加值的化学品是缓解当前能源和环境问题的一个有前途的解决方案，但它也是一个具有挑战性的过程。主要障碍包括CO2分子的惰性、慢的多电子过程、不利的热力学和优选产物的选择性控制。此外，缺乏对反应途径的基本了解导致该领域的研究进展非常缓慢。最近，ACS催化杂志发表了一篇综述，讨论了所有C1和C2产物的可能反应机理。考虑到前面的实验证据和表面吸附、质子和电子转移以及产物脱附的理论计算结果。最后，批判性地讨论了该领域的挑战，包括机理理解、反应器设计、经济考虑和潜在的解决方案。
[9]“用于CO 2加氢的CuZnO/SiO 2催化剂的活化和重构”
催化学报，2022.06.06
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.06.003
铜基催化剂广泛用于合成气或CO2加氢合成甲醇。催化剂活化通常被认为是后续反应的预备步骤。然而，活化过程对催化性能的影响以及如何调节催化剂的物理和化学性质仍不清楚。
最近，研究人员通过调节还原气体的流速来激活CuZnO/SiO 2催化剂。结果表明，不同的活化过程再现了CZS催化剂的物理和化学性质。经过40 h的稳定性试验，催化活性按CZS-120 > CZS-60 > CZS-0催化剂的顺序下降。结合XRD、TEM、N2O化学吸附、H2 -TPR、XPS、H2-TPD、CO 2分析-TPD表征和实验结果，优化后的活化工艺对显著提高催化剂Cu物种的分散度和改善Cu-ZnO相互作用具有重要作用。该策略为优化铜基催化剂性能提供了理论指导和可行方案。
[10]“偶联酞菁-卟啉共价有机骨架对高活性和选择性电催化CO2还原的结构调节”
先进材料，2022.06.02
https://doi.org/10.1002/adma.202203139
共价有机骨架因其可调的结构和多孔特性而被用作潜在的CO2还原电催化剂。本文以2，3，9，10，16，17，23，24-八羧基钴酞菁四酐为节点，与5，15-二-10，20-偶合二苯基卟啉或5，15，10，20-四卟啉进行亚胺化反应，制备了一种新型的偶合酞菁-卟啉1: 2或1:2。
电催化CO2 RR实验表明，1:2和1:1 COF都表现出最大的法拉第效率和超过90%的高稳定性。与1:1的COF和CoPc单体相比，1:2的COF提供了更低的过电位、更高的电流密度和CO选择性。理论和实验结果表明，CoPc-2H2 Por比CoPc-H2 Por更好的CO2 RR活性是由于其更大的孔径和共轭结构，这导致更有效的电子转移、CO2的吸附/活化、更快的传质和反应动力学。这一工作为COF基高效CO2电催化剂的结构设计提供了新的思路。
