大连化物所最新Science

通过二氧化碳（CO2）加氢生产烯烃是一个长期目标。通常的产物是多碳混合物，因为高温下异氢（H2）解离的关键步骤使选择性控制复杂化。

2025年9月4日，中国科学院大连化学物理研究所王峰、罗能超、意大利Paolo Fornasiero共同通讯在Science在线发表题为“Photochemical H2dissociation for nearly quantitative CO2reduction to ethylene”的研究论文，该研究发现在365纳米处照射金-二氧化钛会在环境温度下诱导H2的异裂解离。

这一过程可能依赖于位于金属金纳米颗粒和界面金-氧-钛支架上的光生电子和空穴的界面电偶极子。通过用氧化钛层对金纳米颗粒进行光诱导涂层，进一步促进了异质分解H2的解离。在流动装置中，在光照射下，所得亲核氢物种将CO2还原为乙烷，产率>99%。此外，与随后的光催化乙烷脱氢级联，在1500小时的照射下，乙烯的收率>99%。

由可持续能源驱动的二氧化碳减排是一种具有前瞻性吸引力的减少碳排放和收集可持续化学品的方法。然而，二氧化碳本身是惰性的，对于单电子过程，其还原电位为-1.91 V[与标准氢电极（SHE）相比]，这使得其还原在热力学上具有挑战性。CO2的质子耦合电子还原与CO2氢化类似，其还原电位为-0.58 V，为CO2还原提供了一条可利用的途径，该途径利用了H2解离产生的反应性氢物种。通过电化学水分解大规模生产绿色H2，由光伏或风能供电，为可持续地将二氧化碳减少到增值的C2+化学品提供了机会。此外，成熟的热催化工业为扩大二氧化碳加氢提供了潜力。

光照下Au/TiO2上H2异质解离的研究（图源自Science）

在这里，研究人员展示了一种在环境温度下Au/TiO2上异质分解H2的光化学方法。TiO2的紫外（UV）光激发分别产生被金属Au NP和界面Au–O–Ti支架捕获的电子和空穴。用薄TiOx层对Au NP进行光诱导涂层，提高了Au–O–Ti缺陷态的密度，从而提高了电子-空穴对的浓度。激发态负电荷中心和正电荷中心相隔几纳米，使H2异质分解，产生Hδ-物种，可以在流动光化学装置中选择性地将CO2还原为C2H6。然后，通过光催化乙烷脱氢的级联反应选择性地提供C2H4。

参考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq3445