CO2的光还原过程中,一般包含四个步骤:(a)光吸收和产生激发态电子(b)活化CO2分子生成CO2•-中间体或者其他中间体(c)切断C-O化学键并生成各种产物(d)产物在半导体催化位点的脱除。活化还原为CO2•-或者其他中间体的过程是关键步骤,因为CO2中的LUMO轨道位置较高,因此该还原反应有一定难度。在CO2单电子还原反应中,需要非常高的电势(-1.9 V vs NHE),这个使大多数的半导体的光生电荷难以实现还原反应需要的能量。关键的方法通过将CO2的LUMO位置改变,使其接近半导体材料的导带底(CBM),进而CO2还原反应能容易进行。
中国科学技术大学的赵瑾模拟建立了金红石TiO2(110)晶面,使用时间分辨 Ab Initio 分子动力学模拟光激发的电子能够被激发CO2还原的过程,在非对称性CO2红外振动模式作用下,CO2的激发态导带底的LUMO能非常好的稳定,从而使CO2能够和光激发产生的热电子反应还原为CO2•-。
参考文献
Weibin Chu, Qijing Zheng, Oleg V. Prezhdo, Jin Zhao*
CO2 Photoreduction on Metal Oxide Surface Is Driven by Transient Capture of Hot Electrons: Ab Initio Quantum Dynamics Simulation,J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3214-3221, DOI: 10.1021/jacs.9b13280
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13280
作者介绍
赵瑾,在中国科学技术大学获得学士学位和博士学位,随后在University of Pittsburgh做博士后工作和Research assistanct工作,现今在中国科学技术大学物理系, 微尺度物质科学国家实验室任教授。曾获中科院优秀博士论文奖,美国西北太平洋国家实验室M. T. Thomas奖等荣誉。发表sci论文近30篇,包括3篇Science, 2篇Chem. Rev.,3篇Phys. Rev. Lett. 等。
研究方向:凝聚态物理/计算物理;物理化学