三单位联合Nature Catalysis：InGaN纳米线负载AuIr，用于光催化CO2和H2O转化为C2H6

将二氧化碳(CO₂)转化为清洁燃料和化学品，为解决能源短缺和气候变化等关键问题提供了一条有前景的途径。与电催化、热催化和生物催化相比，光催化技术具有结构简单、成本低、环境可靠等优点，是一种很有前途的固碳技术。并且，无牺牲剂的C₂₊化合物的光催化合成也吸引了许多人的关注。

到目前为止，最先进的光催化装置主要产生低活性的C₁产物，并且在反应过程中通常需要牺牲剂。这些缺点可以归因于以下原因：首先，大多数半导体具有固定的能带结构，在不影响光吸收的情况下很难提供足够的氧化还原电位；其次，系统中缺乏有效的电子迁移通道，电子-空穴复合程度较高；最重要的是，C-C偶联是一个高度吸能的过程，动力学缓慢，不利于无偏压C₂₊化合物的合成。

因此，合理设计催化剂，结合合适的半导体光吸收剂来解决上述关键问题，是突破无偏压C₂₊化合物合成瓶颈的关键。

基于此，密歇根大学米泽田、麦吉尔大学宋俊和上海交通大学周宝文等利用Au与反应物/中间体的弱相互作用，将Au与Ir偶联(AuIr@InGaN)用于光驱动CO₂还原为C₂₊产物。

实验结果表明，在3.5 W cm⁻²光照和没有外加偏压或牺牲剂的条件下，最优的Au_0.44Ir_0.56@InGaN NWs/Si的C₂H₆产率达到58.8 mmol g⁻¹ h⁻¹，对CH₄和C₂H₆的总选择性约为17.6%。此外，考虑到合成气的有用副产物，所设计的装置具有约0.59%的LTF效率，C₂H₆的周转数为54595，且连续反应60 h没有发生明显的性能下降。

研究人员总结了Au₂Ir₂(111)面上C-C偶联之前的反应途径的自由能图，即CO₂首先吸附并被氢化成COH(*CHO除外)，然后*COH将进一步氢化成*C、*CH、*CH₂和*CH₃，最后，另一个*CO₂插入形成的*CH₃中间体以产生*CH₃COO。

值得注意的是，AuIr合金中的Ir位点通过降低关键基元反应步骤的反应能来提高CO₂还原活性，并将选择性从主要的HER转变为C-C偶联；如果在Au中加入大量的Ir，则会降低Au与Ir在促进光催化还原CO₂方面的协同作用。

综上，基于Operando光谱和理论计算结果，证明在AuIr@InGaN NWs/Si上通过将CO₂插入*CH₃实现C-C-偶联，从而促进CO₂和H₂O反应生成C₂H₆。

Light-driven Synthesis of C₂H₆ from CO₂ and H₂O on a Bimetallic AuIr Composite Supported on InGaN Nanowires. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01023-1

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