2022年3月, Journal of the American Chemical Society杂志在线发表了中山大学韩治际教授团队在均相光催化CO2还原领域的最新研究成果。该工作报道了以红紫素铁配合物（Fe-Purpurin）作为分子光催化剂，1,3-二甲基-2-苯基-2,3-二氢-1H-苯并[d]咪唑作为牺牲剂均相光催化CO2还原。论文第一作者为：袁慧清。
背景介绍
通过人工光合作用获取绿色能源是一种重要的策略，利用可见光催化CO2转化为增值化学原料（例如H2、CO、CH4、CH3OH和C≥2等产物），被认为是一种可持续的CO2资源化有效途径。大部分光催化体系通常由光敏剂，催化剂以及牺牲剂等多组分构成，但存在分子间电子的传递效率低和体系的稳定性差等问题。发展光敏剂和催化剂合二为一的多功能光催化剂有利于提高电子传递效率和体系的稳定性，从而提高体系光催化CO2还原的催化活性。在先前的报道中，利用可见光均相光催化CO2还原的光催化剂大部分都含有贵金属，从催化的成本和实际应用角度考虑，不适合大规模应用。然而不含贵金属的分子光催化剂罕有报道，并且其催化效率较低，通常需要在紫外光的条件下进行。通过有机染料作为配体，光催化剂的可见光吸收范围大大增加（图2）。
本文亮点
中山大学化学学院韩治际教授课题组报道了一种有机染料（Purpurin）与廉价金属铁配位的分子光催化剂用于均相光催化CO2还原（图1）。在前期的研究中，该课题组设计合成了一种新型的金属-有机染料光敏剂(Cu-Purpurin)提高光敏剂的还原性能，促进光催化CO2还原(Nat. Commun. 2021, 12, 1835), 虽然Cu-Purpurin也能用作光催化CO2还原的光催化剂，但稳定性较差，在可见光下光照一个小时体系就基本上失去了活性。在此基础上，该课题组又设计合成了Fe-Purpurin，同时发现在不额外添加光敏剂或催化剂时也具有催化CO2还原的性能，并且稳定性高达120 h。该系统在450 nm的LED灯源下光照时，光催化CO2还原为CO的选择性达到91％（CO vs H2），可实现超过2625的转换数（图3）。
图文解析
图1. 红紫素铁催化CO2还原过程
图2. Fe-Purpurin和配体Purpurin的紫外可见吸收光谱对照图
图3. 光催化二氧化碳还原实验
图4. 可能的催化机理
全文小结
本文通过将有机染料红紫素（Purpurin）与Fe3+配位，形成Fe-Purpurin光催化剂，在没有额外添加光敏剂和催化剂的条件下催化CO2还原为CO的转换数达到2625。通过将有机染料与金属配位的方式形成光敏剂和催化剂合二为一的多功能光催化剂有利于提高电子传递效率和体系的稳定性，从而提高体系光催化CO2还原的催化活性。这项工作为设计多功能光催化剂提供了一种新的思路。
作者介绍
韩治际，中山大学教授, 2018年获得国家青年人才计划，在Science, JACS, ACIE, Nat. Commun., ACS Cent. Sci., Acc. Chem. Res.等顶级期刊发表第一或通讯作者学术论文，其中多篇属于ESI高引用文章，同行总引用超过三千次。主要研究方向围绕开发新型实用的无机催化系统来实现可再生清洁能源的转化与应用。目前的研究方向主要侧重于人工光合系统的各个重要组分的活性以及机理研究：
文献来源
Yuan, H.; Du, J.; Ming, M.; Chen, Y.; Jiang, L.; Han, Z., Combination of Organic Dye and Iron for CO2 Reduction with Pentanuclear Fe2Na3 Purpurin Photocatalysts. J. Am. Chem. Soc. 2022.
https://doi.org/10.1021/jacs.1c13081
声明
本文素材来源于中山大学韩治际教授团队，仅供科研分享，不做盈利使用，如有侵权，请联系后台小编删除
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