利用可见光驱动的光催化CO2还原为CO的方法：结合g-C3N4纳米结构和分子Re(I)催化剂以实现太阳能燃料的生成

《ACS Applied Nano Materials》：Visible-Light-Driven Photocatalytic CO2 Reduction to CO Using g-C3N4 Nanostructures Coupled with a Molecular Re(I) Catalyst for Solar Fuel Generation

该研究构建了铼配合物Re(py)/石墨相氮化碳g-C3N4异质光催化剂，通过表面官能团增强电子转移效率，实现二氧化碳高效还原为高选择性一氧化碳（98%）。实验证实异质结结构使CO生成速率提升24.23倍，并揭示了g-C3N4导带向Re(py)能带转移的协同机制。

　　

可见光驱动的光催化剂用于二氧化碳（CO₂）的还原，为生成化学燃料以及应对能源和环境挑战提供了一种有前景的策略。本文构建了一种异质光催化剂Re(py)/g-C₃N₄，其中以石墨碳氮化物（g-C₃N₄）纳米结构作为光敏剂，[Re(CO)₃(3-(2-吡啶基)-1,2,4-三唑)Cl]（Re(py)）作为CO₂还原催化剂，在可见光照射下高效地将CO₂还原为一氧化碳（CO）。Re(py)/g-C₃N₄优异的光催化性能归因于Re(py)与g-C₃N₄之间的强界面相互作用，这体现在Brunauer–Emmett–Teller表面积的增加、电子-空穴复合的抑制、电荷分离的改善以及高效的界面电荷转移上。通过XRD、FTIR、XPS、TEM和SEM证实了Re(py)与g-C₃N₄之间的连接方式：在处理过的g-C₃N₄上通过?OH基团与三唑环上的?NH基团实现结合。使用Re(py)/g-C₃N_{4进行的光催化CO2还原表现出对CO的高选择性，在300分钟照射后，CO的转化率为36.86，H2的转化率为1.59，相应地CO的选择性达到了98%（而Re(py)的选择性为93%）。Re(py)/g-C3N4生成CO的效率是Re(py)的24.23倍，这证明了这种混合光催化剂的协同效应。机理研究表明，来自g-C3N4导带的光激发电子在热力学上转移到Re(py)上，从而催化了CO2到CO的还原过程。本研究展示了一种异质光催化系统，该系统在通过选择性CO2到CO的还原实现太阳能燃料生产和碳回收方面具有潜力。}