Multichannel Photon Stimulated C−C Coupling for CO2 Reduction in a Mixed Water/Acetonitrile Solvent

乙腈 化学 选择性 光催化 光化学 催化作用 溶剂 溶剂效应 密度泛函理论 分子动力学 计算化学 有机化学
作者
Fu-li Sun,Cun‐biao Lin,Zhi-rui Luo,Qing Chen,Wen‐Xian Chen,Gui‐Lin Zhuang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (17): e202500270-e202500270 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202500270
摘要

Abstract Designing effective photocatalysts for carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) requires a precise understanding of the dynamically photocatalytic mechanism under real conditions (e.g. solvent, light field). Herein, we coupled ab‐initio non‐adiabatic molecular dynamics (NAMD) simulation and density functional theory (DFT) calculation to theoretically reveal the detailed dynamic process for C−C Coupling under light field on Co‐supported monolayer black phosphorus (BP) catalyst Co@BP. Specially, Co@BP features excellent property for photocatalyst: high stability, long‐lived photogenerated carriers and stronger reducing ability. Thermodynamically, it shown that a dramatic difference in catalytic properties with 99.99 % selectivity for HCOOH in solvent‐free condition ( E a =0.29 eV) and 99.34 % selectivity for CH 2 CH 2 in solution ( E a =0.33 eV). Slow‐growth based MD simulation results uncover that mixed solvent of water/acetonitrile (H 2 O/ACN) is beneficial for the formation of C 2+ product and the optimal ratio H 2 O/ACN (1 : 9) mixture solvent for the conversion of CO 2 to CH 2 CH 2 . Under light irradiation, we found that multichannel photons enable adsorbed CHO* to couple with CHO species diffusing from nearby active sites, further forming C 2 intermediates in solution. This work highlights the importance of the reaction medium on the photogenerative carrier dynamics and offers a strategy to regulate product selectivity in photocatalytic CO 2 conversion.
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