铜铟硫化物晶体-非晶界面协同双金属位点调控多态硫促进CO2光催化转化乙烯

本研究针对CO2光催化还原制C2H4过程中存在的热力学爬坡能垒高、动力学迟滞及C-C耦合困难等问题，设计了一种具有晶体-非晶界面的CuIn11S17(CIS)纳米结构。通过调控硫的多化学态（Sx2-和S空位）与Cu-In双金属位点协同作用，显著降低了CHOH与CO耦合能垒，实现了C2H4选择性提升，为CO2资源化提供了新策略。

　　

随着化石燃料过度消耗导致的CO₂浓度攀升，如何实现CO₂高效转化为高附加值化学品成为研究热点。乙烯(C₂H₄)作为化工领域关键原料，其光催化合成面临两大瓶颈：一是多电子/质子迁移过程的热力学能垒高，二是C-C耦合中间体(*CHOHCO)稳定性差导致选择性低下。传统催化剂难以同时解决动力学迟滞与热力学限制的矛盾。

针对这一挑战，中国研究人员设计了一种具有晶体-非晶界面的新型CuIn₁₁S₁₇(CIS)纳米材料。通过精确调控硫元素的化学状态（晶体相S^2-与非晶层S_x^2-），结合Cu-In双金属位点的空间协同，成功实现了CO₂到C₂H₄的高效转化。该成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，为CO₂资源化提供了创新解决方案。

研究团队采用水热法合成CIS基底，通过控制铜前驱体浓度构建晶体-非晶异质结构。结合原位红外光谱追踪COOH中间体形成路径，利用密度泛函理论(DFT)计算揭示了Cu位点促进C=O键断裂、In位点稳定CO的关键作用。光电化学测试证实非晶层可降低载流子传输阻力，同步辐射X射线吸收谱则解析了硫空位的电子调控机制。

INTRODUCTION
研究指出当前CO₂光催化还原产物以C₁化合物为主，C₂H₄产率受限于CHOH与CO耦合的1.58eV高能垒。通过构建双功能活性位点与界面微环境调控，有望突破这一限制。

RESULTS
晶体-非晶界面使电荷传输阻力降低73%，Cu位点将*COOH形成能垒从0.82eV降至0.31eV。Cu-In间距缩短至3.2?后，*CHOHCO耦合能垒下降56%，C₂H₄选择性达81.3%，较纯相CIS提升4.2倍。

CONCLUSIONS
该工作创新性地提出"硫化学态调控-双金属协同-界面工程"三位一体策略：非晶层S_x^2-加速电子转移，Cu位点激活C=O键，In位点稳定*CO中间体。这种多尺度调控机制为设计高效C-C耦合催化剂提供了新范式。

讨论与意义
研究突破了传统催化剂对热力学/动力学矛盾难以调和的局限，首次证实硫多化学态可协同优化反应路径。晶体-非晶界面的"松紧结合"特性既保证结构稳定性，又赋予活性位点动态适应性，为开发智能催化材料开辟了新方向。该技术有望应用于工业废气处理与太阳能燃料生产领域。