通过在粘性聚合物网络中分散量子点来增强二氧化碳的光还原作用

《Journal of the American Chemical Society》：Boosting CO2 Photoreduction through Dispersing Quantum Dots in Viscous Polymer Networks

CO?光催化还原在粘弹性聚合物网络中的高效催化机制研究，发现S2?钝化的量子点（QDs）通过氢键与聚乙烯醇（PVA）半结晶区域结合，有效捕获光生电荷，使CO?转化率达94.9 mmol g?1 h?1。掺杂金纳米晶（Au NCs）后形成质子还原与CO?还原耦合体系，合成气（CO 84.7，H? 248.1 mmol g?1 h?1）组成可调，为费托合成提供新路径。

　　

自然光合作用能够实现高光能到化学能的转化效率，其发生在一个充满生物聚合物的高粘度环境中，这些生物聚合物有效促进了电荷分离。受到这一生物策略的启发，我们探索了在粘性聚合物网络中人工催化二氧化碳（CO₂）的还原反应。具体而言，量子点（QDs）被嵌入到物理交联的聚乙烯醇（PVA）凝胶网络中，这些量子点同时充当光捕获天线和催化中心。在可见光照射下，嵌入PVA凝胶网络中的量子点在二氧化碳还原反应中表现出显著增强的活性，转化速率达到约94.9毫米摩尔每克量子点每小时（mmol g^–1 h^–1），这是基于量子点的光催化系统中所报道的最高转化率之一。机制研究表明，表面覆盖S^2–离子的量子点通过氢键与半结晶的PVA网络相互作用，从而有助于将光生电荷捕获在量子点上。此外，将等离子体金纳米晶体（Au NCs）与量子点共同嵌入同一凝胶网络中，实现了质子还原与二氧化碳还原的耦合，高效生成合成气（CO和H₂），转化率分别为84.7毫米摩尔每克每小时（CO）和248.1毫米摩尔每克每小时（H₂）。重要的是，通过调节量子点与金纳米晶体的比例，可以精确调控合成气的成分，这为将其与费托合成工艺（Fischer–Tropsch process）结合以生产液体燃料提供了可能性。