摘要：2024年12月26日，西安交通大学郭烈锦院士、刘亚副研究员在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Cu-ZnS Modulated Multi-Carbon Coupling Enables High Selectivity Photor

将CO2和H2O直接光催化转化为高价值的C3化学品具有很大的前景，但由于C1-C1和C2-C1偶联过程的难度以及反应机制不清晰，这一过程仍然充满挑战。

2024年12月26日，西安交通大学郭烈锦院士、刘亚副研究员在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Cu-ZnS Modulated Multi-Carbon Coupling Enables High Selectivity Photoreduction CO2 to CH3CH2COOH》的研究论文，Fuxia Huang为论文第一作者，郭烈锦院士、刘亚副研究员为论文共同通讯作者。

郭烈锦，西安交通大学教授，中国科学院院士（2017），发展中国家科学院院士（2021），国家杰青（1997）。1963年出生，1983年和1989年本博毕业于西安交通大学，随后在工程热物理研究所任教，历任助教、讲师、教授。1992年进入动力工程多相流国家重点实验室，历任分室副主任、副主任、主任。2003年担任西安交通大学院长。

郭烈锦院士的主要研究内容为高效洁净能源－动力系统及热-功转换过程内部多相流动与传热传质规律；油气开采及混输过程中多相流热物理理论与关键技术；太阳能生物质能等可再生能源高效优质转化与氢能规模制备与利用。已在NAT COMMUN、NAT ENERGY、CHEM REV、JACS、IJMF、IJHE等多个国内外著名学术期刊发表论文900余篇，其中SCI收录580余篇。

刘亚，西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室副研究员。2018年取得西安交通大学博士学位。2015年-2016年以联合培养身份在美国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室Joel Ager课题组进行合作研究。

刘亚的研究方向主要包括：太阳能驱动的二氧化碳还原制碳氢燃料或高价值化学品、能源转化过程第一性原理/分子动力学/多物理场数值模拟分析、太阳能驱动的海水淡化及综合利用。

在这里，研究人员报道了一种分散Cu单原子的Cu-ZnS光催化剂。

这些Cu单原子与S原子配位，形成了具有可调电荷分布的独特Cu-S-Zn活性单元，有利于与表面吸附的中间体相互作用。

这种构型稳定了*COHCO中间体，并促进其随后与*CO的偶联，在Cu-ZnS表面上形成热力学和动力学上都有利的*COCOHCO。

值得注意的是，作者发现了多个关键的C3中间体，包括*COCOHCO、*OCCCO和*CHCHCO，为CO2到CH3CH2COOH的转化提供了一条清晰的反应路径。

研究表明，Cu-ZnS光催化剂将CO2转化为CH3CH2COOH的产率为0.45 µmol h-1，电子选择性为91.2%；在三乙醇胺的存在下，产率增加到16.9 µmol h-1，选择性达到99.8%。

这些发现强调了调节多碳偶联过程的重要性，以实现CO2转化为C3产物的有效光催化转化，为未来可持续化学合成的发展铺平了道路。

图1：Cu-ZnS上Cu化学状态和存在形式的表征

图2：CO2还原为CH3CH2COOH的光催化性能

图3：原位FTIR光谱表征CO2光还原过程中中间体的变化

图4：DFT计算分析能量变化

图5：Cu-ZnS上光催化转化CO2为CH3CH2COOH的反应机理示意图

综上，作者研究了铜-硫化锌（Cu-ZnS）光催化剂在光驱动下将二氧化碳（CO2）选择性转化为丙酸（CH3CH2COOH）的过程，发现分散的铜单原子与硫化锌形成的Cu-S-Zn活性单元在促进C1-C1和C2-C1偶联过程中发挥关键作用，实现了高选择性的光催化转化。

该研究开发了一种高效的光催化剂，能够在无需牺牲剂的条件下将CO2转化为高附加值的C3化学品，这一成果对于可持续化学合成领域具有重要意义，并为未来光催化CO2转化技术的发展提供了新的方向。

Cu-ZnS Modulated Multi-Carbon Coupling Enables High Selectivity Photoreduction CO2 to CH3CH2COOH, Advanced Materials, 2024.

来源：华算科技