Activity Breakthrough in CO 2 Photoreduction to C 2 H 6 via Accelerated Electron Accumulation from H 2 O Photooxidation to H 2 O 2

催化作用 选择性 光化学 化学 氧化还原 动力学 金属 电子供体 电子 光催化 反应机理 电子转移 化学动力学 戒指(化学) 材料科学 生产率 工作(物理) 反应速率 降级(电信) 反应中间体 共轭体系 电子受体 电子传输链 联轴节(管道) 离域电子
作者
Tingyu Yang,Xinyu Sun,Yuming Dong,Jiawei Zhang,Xinxin Jiang,Yongfa Zhu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (6): e21909-e21909
标识
DOI:10.1002/anie.202521909
摘要

Solar-driven CO2 reduction suffers from severe hole accumulation and inefficient electron utilization due to the sluggish kinetics of H2O oxidation to O2, thereby impeding the multi-electron C─C coupling process. This results in poor catalytic activity of C2 products. Herein, we have constructed a conjugated stacked thiophene-based supramolecular catalyst with extensive π-electron delocalization by introducing a benzene ring. This effectively promotes the oxidation of H2O to H2O2, significantly accelerating hole consumption and thereby enhancing the electron reduction reaction of CO2 at the metal center. Under illumination, the C2H6 production rate reached 101.1 µmol·g-1·h-1 with an electron selectivity as high as 98%. Compared to existing advanced systems, this represents an order-of-magnitude breakthrough in activity for C2 product synthesis. Research indicates that the enrichment of π electrons on the benzene ring of the catalyst can stabilize the H2O oxidation intermediate *OH, consuming a significant number of holes to form H2O2. This process enhances the separation and migration of photo-generated electrons at the active center and promoting the *CO-bridged C─C coupling. This significantly increases the ability to reduce CO2 to C2 products. This work provides new insights into the economic viability of photocatalytic CO2 reduction to C2H6 under pure H2O conditions.
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