Light-Field Orchestrated Tandem Photothermal Catalysis for Highly Selective CO 2 -To-C 2+ Olefin Conversion

化学 选择性 烯烃纤维 双金属片 催化作用 光热治疗 串联 碳化物 组合化学 阳极 纳米技术 双金属 微型反应器 光热效应 化学工程 氧化物 碳氢化合物 石墨烯 合金
作者
Shangbo Ning,Xiuting Wu,Hui Song,Xinyu Ma,Shengying Yue,Senlin Zhang,Linjun Tang,R. J. LIU,Xingyu Yin,Shuxin Ouyang,Jinhua Ye
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (1): 1728-1740 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18890
摘要

The direct photothermal conversion of CO2 into multicarbon olefins with high selectivity presents a promising route for sustainable carbon utilization. However, achieving high activity and selectivity simultaneously remains a formidable challenge due to intrinsic trade-offs in catalytic efficiency. Here, we introduce a spatially modulated light-field that orchestrates tandem active sites, enabling one-pot CO2-to-olefin conversion. Light-field-driven reduction rapidly transforms bimetallic ferrite into alloyed carbide in situ, forming synergistic CoFe oxide/carbide interfaces. At a CO2 conversion of 39.6%, the optimized system in a batch reactor delivers a C2–4 olefin productivity of 2.05 mmol g–1 h–1, of which 78.5% corresponds to C2H4 and C3H6, while under flow conditions it achieves a C2+ olefin selectivity of 72% among the hydrocarbon products, thereby establishing a benchmark for photothermal CO2-to-olefin conversion. Mechanistic investigations demonstrate that light-modulated interfacial coupling between oxide and alloy carbide phases dynamically reconfigures the electronic structure of unsaturated CoFe active sites, thereby mitigating mass-transfer limitations during C1-intermediate hydrogenation and directing selectivity toward C2+ olefins. Furthermore, scalability tests confirm the feasibility of this approach, as an integrated reactor system produces 66.1 L m–2 of C2–4 olefins per day under ambient sunlight. This work paves the way for advanced light-driven catalytic systems for industrial CO2 high value-added conversion.
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