揭示用于高效选择性将二氧化碳还原为甲酸（HCOOH）的光催化剂战略设计的关键见解：一项计算研究

开发高效CO2光催化还原制甲酸的新策略，通过DFT计算揭示Ni-M-PCN（M=Co,Ni,Cu）复合光催化剂的构效关系，金属离子调控促进CO2吸附活化与质子电子转移，实现氧代甲酸选择性产率提升。

　　

实现碳中和是解决环境问题、气候变化和能源需求的关键目标。这可以通过捕获大气中的二氧化碳（CO₂）并将其转化为有用的燃料或高价值化学品来实现。为了支持这一目标，我们的研究小组最近开发了一种设计精良、多功能性的Ni-苝-g-C₃N₄光催化剂，该催化剂能够高效且高选择性地从二氧化碳（CO₂）中生成甲酸。在这项研究中，我们利用密度泛函理论（DFT）计算来研究和预测混合光催化剂（特别是苝-g-C₃N₄（PCN）和M²⁺-PCN（M²⁺ = Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺）纳米片）的结构特性，以实现高效的二氧化碳还原反应。我们的计算结果表明，引入金属离子可以有效地调节光子吸收和电子结构，通过调整苝和g-C₃N₄之间的共平面性来增强二氧化碳的吸附、活化、电荷转移以及中间产物的吸附。DFT计算表明，通过依次添加两个电子和两个质子的受控反应路径，可以高选择性地生成氧化甲酸：*CO₂^•– → *COOH/*OC(H)O → *COOH^–/*OC(H)O^– → HCOOH。这项研究为二氧化碳还原反应的中间结构和机制提供了分子层面的理解，为高效光催化剂的设计提供了宝贵的见解。