随着化石燃料的不断消耗，降低大气中CO2浓度并实现其增值利用，是实现碳循环可持续发展的重要保障。其中，太阳能驱动的光催化可以直接将CO2和水转化为高附加值产物，如C2H4，具有重要的应用前景。然而，由于C−C耦合过程的高能量势垒，很大程度上抑制*CO中间体的快速偶联，从而导致了C2+产物的低选择性。
近日，山东大学程合锋教授、黄柏标教授团队报道了一种由离子液体修饰的Cu表面等离子体催化剂，其中1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM-BF4）离子液体与Cu通过Cu-N键有效结合。离子液体基团的存在有效稳定了*CO中间体，从而降低了C−C偶联过程的势垒，促进关键中间体*OCCO的生成，实现了乙烯产物的高选择性合成。
在单色光照射下，离子液体修饰的表面等离子体Cu纳米线的光催化性能呈现火山状。当单色光波长为450nm时，催化剂的性能及选择性达到最优，实现了96.7%的乙烯选择性。相比之下，纯铜催化剂的主要产物为甲烷。当离子液体浓度为1%时，此时催化剂性能为最优，此后随离子液体浓度的升高，光催化反应性能逐渐下降。
通过原位红外与理论计算，对反应机理进行了探究。相较于纯铜催化剂，经离子液体基团修饰后，成功捕获到*OCCO、*OCCOH等重要中间体；而理论计算证明离子液体基团成功稳定了*CO中间体，降低了C−C偶联的势垒，有效促进了关键中间体*OCCO的生成。该工作提供了一种高选择性生成C2产物的新策略，通过离子液体基团稳定*CO中间体，可实现CO2还原到其它目标产物的高选择性合成。
论文信息
Plasmon-Driven Highly Selective CO2 Photoreduction to C2H4 on Ionic Liquid-Mediated Copper Nanowires
Hongli Liu, Bin Sun, Zaiqi Li, Difei Xiao, Prof. Zeyan Wang, Prof. Yuanyuan Liu, Prof. Zhaoke Zheng, Prof. Peng Wang, Prof. Ying Dai, Prof. Hefeng Cheng, Prof. Baibiao Huang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202410596
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