锰诱导吸附与轨道杂化协同促进C-C耦合实现高选择性光催化CO2至C2H4转化

本文通过锰掺杂工程策略重构ZnS/Co3S4 S型异质结的电子与结构微环境，显著增强CO2吸附能力并稳定关键C2中间体，实现C2H4产率20.62 μmol·g-1·h-1及87%电子选择性，为高效CO2至C2H4转化提供新范式。

　　

Highlight

本研究通过理论模拟与实验验证，揭示了锰掺杂诱导的局域晶格应变与不对称电荷重分布对C-C耦合的关键作用。锰原子选择性占据Co₃S₄中钴位点，增强Co 3d轨道与C 2p轨道杂化，稳定*COCO等关键中间体，显著提升C₂H₄生成效率。

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异质结构。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）。接触后形成界面电场（ΔWF = 0.6 eV），驱动热电子从Co₃S₄向ZnS迁移，建立内建电场（BIEF方向：Co₃S₄→ZnS），并促进电荷分离。锰掺杂进一步调节局域电子密度，增强CO₂吸附与中间体稳定性。

Conclusion

总之，本研究通过整合锰掺杂与S型异质结工程，提出了ZnS/Co₃S₄体系的高性能光催化剂设计策略。锰的引入不仅引起电荷不对称分布，更通过增强Co 3d与C 2p轨道杂化，稳定了CHOCO与COCO等C-C耦合关键中间体。理论模拟与实验数据共同证实了该策略对提升C₂H₄选择性的显著效果。