基于给体-受体结构聚磷腈光催化剂实现高选择性CO2-甲烷光转化

针对传统聚磷腈催化剂因CO中间体吸附能力弱导致CO2光还原甲烷选择性低的难题，研究人员开发了给体-受体结构聚磷腈光催化剂CNP。该材料通过分子内电荷转移产生3.1D偶极矩，构建强内置电场促进电荷分离，实现94.4%甲烷选择性和68.9 μmol g?1 h?1产率，为太阳能驱动碳中和技术提供新范式。

　　

传统聚磷腈催化剂因对一氧化碳（CO）中间体吸附能力较弱，在二氧化碳（CO₂）光还原反应中表现出较差的甲烷选择性。为突破此限制，研究人员设计出一种给体-受体（Donor-Acceptor, D-A）异质结构聚磷腈聚合物（CNP），其以三氯磷三聚体衍生的磷腈环作为电子给体，三聚氰胺衍生的三嗪环作为电子受体。该CNP催化剂实现了94.4%的卓越甲烷选择性，产率达到68.9 μmol g^?1 h^?1，较通过相同溶剂热法合成但缺乏D-A结构的对照聚合物（CN）性能提升三倍。

D-A结构内部的分子内电荷转移产生高达3.1德拜（D）的偶极矩，形成强效内置电场，显著提升电荷载流子分离效率。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，CNP中的能带工程优化了关键中间体（*COOH 和 *CHO）的吸附能，引导反应路径朝向甲烷生成而非竞争性的CO析出。该设计策略为CO₂-to-fuel（二氧化碳至燃料）系统中的定向电荷控制建立了新范式，推动太阳能驱动的碳中和技术发展。