我院刘江教授/兰亚乾教授团队在《Nature Synthesis》上发表重要研究成果

太阳成集团tyc122cc/学院新闻 2024-01-05 14:53:00 来源:太阳成集团tyc122cc 点击: 收藏本文

近日,我院刘江教授/兰亚乾教授团队在光催化领域取得了重要研究进展,相关成果在《Nature Synthesis》上发表题为“A triple tandem reaction for the upcycling of products from poorly selective CO2 photoreduction systems”的研究论文。这也是我校首次在Nature子刊Nature Synthesis》上发表文章。我校是该论文的第一完成单位,论文第一作者为我院青年英才博士后夏远胜,刘江教授和兰亚乾教授为该论文通讯作者。该研究受到了国家杰出青年基金项目的支持。

图片1.png

太阳能驱动的二氧化碳还原反应(CO2RR)可直接将CO2转化为有用的化学物质,已成为一种前景广阔的二氧化碳循环利用技术。但是,析氢反应(HER)作为一种常见的副反应,它会进一步降低CO2光还原的效率和产物选择性,产生氢气(H2)和碳基还原产物的混合物。同时,气态产物通常与未转化CO2混合在一起,在进一步利用之前必须先经过复杂而昂贵的分离程序。虽然某些特定比例的一氧化碳(CO)和H2混合物可作为合成气进行工业转化,但在低选择性CO2光还原系统中,低浓度的CO、H2和剩余未转化CO2的混合并不适合费托合成。因此,将CO2光还原为合成气进行转化仅作为一项概念性工作提出,但目前并未实现。如果能开发出一种温和、高效且原子经济性高的串联反应,将还原产物CO和H2重新转化为高价值的化学品,并且串联反应不受未反应的残余CO2的影响,那么低选择性CO2光还原将具有一条现实的利用途径。

 

44160_2023_458_Figa_HTML.jpg


基于此,兰亚乾教授团队设计并构建了两例高活性的簇基催化剂,分别由具有还原活性的Ni基团簇和快速电子转移能力的W10多金属盐酸盐组装形成(Ni5W10和Ni6W10)。通过这两种催化剂引发了由低选择性CO2光还原反应、炔烃半氢化反应和羰基化反应组成的高效三串联系统,将H2和CO混合还原产物依次转化为高价值的烯烃和羰基化合物,还原产物的原子利用效率最高可达94%。其中,低选择性CO2光还原反应与炔烃半加氢的原位一锅法耦合,极大地提高了整体光转化效率(从935 μmol g-1 h-1提高至1425.0 μmol g-1 h-1)、CO选择性(从50%提高到80.0%)和炔烃到烯烃的转化率(Conv. > 86.0%, Sel. ≈ 100.0%)。同时,通过三重串联反应,可方便地合成13C标记的抗抑郁药物分子(Moclobemide)和氘代烯烃化合物。这种高原子利用率的串联系统为未来低选择性光催化CO2RR的实际应用提供了广阔的前景。

论文连接:https://www.nature.com/articles/s44160-023-00458-5


标签:

Baidu
sogou