钠助催的钴锰氧化物催化剂实现CO2选择性加氢制乙醇的创新机制研究

本研究发现钠（Na）助催剂可显著提升CoMnO催化剂对CO2选择性加氢制乙醇的性能。通过调控催化剂电子结构与表面性质，研究揭示了Na促进C–C耦合与乙醇选择性的机制，为CO2高值转化（如CO2RR）提供了新策略，对可再生能源与碳循环技术具有重要推动意义。

　　

Section snippets

Synthesis of Mn-ZnS/Co₃S₄

将0.6 mmol Zn(NO₃)₂·6H₂O、1.2 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O与0.09 mmol MnCl₂依次加入40 ml去离子水中，室温搅拌。随后加入1 mmol NaOH，继续搅拌30分钟，形成白色悬浮液。加入4 mmol硫代乙酰胺（TAA），搅拌30分钟后，将混合液转移至聚四氟乙烯内衬反应釜中，在180°C下反应12小时。反应产物经去离子水与乙醇各洗涤3次，最终在60°C下干燥12小时（图2a）。

Theoretical predictions

为系统预测异质结形成与锰调控对催化行为的影响，首先构建了ZnS/Co₃S₄异质结模型。能带结构分析表明，ZnS与Co₃S₄的功函数分别为5.83 eV和5.23 eV（图1a、1b）。两者接触后形成界面电场（ΔWF = 0.6 eV），驱动热电子从Co₃S₄向ZnS迁移，形成内置电场（BIEF方向：Co₃S₄→ZnS），显著增强电荷分离与CO₂吸附能力。

Conclusion

总之，本研究通过整合锰掺杂与S型异质结工程（S-scheme heterojunction），在ZnS/Co₃S₄体系中实现了高性能光催化剂的合理设计。Mn的引入不仅引起电荷不对称分布，还从根本上增强了Co 3d轨道与C 2p轨道的杂化，从而稳定了如CHOCO与COCO等关键C–C耦合中间体。理论模拟进一步证实，该策略显著促进CO₂光还原向C₂H₄高选择性转化。