近日，山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊朋舉教授團(tuán)隊(duì)在光催化二氧化碳還原領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Non-Covalent Aggregation-Driven D-Band Engineering in Nickel Cocatalysts for Efficient CO2 Photoreduction”為題，發(fā)表于國際頂級(jí)期刊Angewandte Chemie International Edition上。

在全球碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，CO2光催化轉(zhuǎn)化技術(shù)因具備清潔、可持續(xù)的顯著優(yōu)勢(shì)，成為國際化學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。當(dāng)前該領(lǐng)域的核心瓶頸在于如何實(shí)現(xiàn)催化劑對(duì)CO2分子的高效活化。盡管過渡金屬d帶中心調(diào)控被證實(shí)是增強(qiáng)CO2活化的有效路徑，但傳統(tǒng)策略多依賴摻雜、合金化等共價(jià)鍵修飾手段，在結(jié)構(gòu)調(diào)控精度與催化效率提升方面存在局限。

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圖1. 聚集型鎳催化劑的d帶中心分析和催化活性

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地通過非共價(jià)自組裝方法構(gòu)建了聚集型鎳基催化劑，發(fā)現(xiàn)聚集體中弱非共價(jià)相互作用可驅(qū)動(dòng)分子形成不對(duì)稱堆積結(jié)構(gòu)。這一獨(dú)特結(jié)構(gòu)通過誘導(dǎo)電荷再分布，使鎳催化劑的d帶中心精準(zhǔn)調(diào)控至接近費(fèi)米能級(jí)，從而顯著增強(qiáng)催化劑與CO2分子的軌道重疊及電子反饋能力，從根本上降低了CO2還原反應(yīng)的能壘。該催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能：在450 nm單色光照射下，量子產(chǎn)率高達(dá)26.84%，CO產(chǎn)物選擇性接近100%，各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)超目前已報(bào)道的可見光驅(qū)動(dòng)CO2還原體系。更具創(chuàng)新性的是，團(tuán)隊(duì)揭示了催化劑聚集程度與催化性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)——通過精準(zhǔn)調(diào)控聚集度，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物選擇性與收率的定量調(diào)控，為催化體系的工程化設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。

此項(xiàng)研究不僅開創(chuàng)了“非共價(jià)聚集驅(qū)動(dòng)d帶工程”的全新研究范式，更通過原子級(jí)分析，闡明了催化劑聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與催化活性的構(gòu)-效關(guān)系。該成果為構(gòu)筑高效、高選擇性的光催化CO2還原系統(tǒng)提供了新思路。

該論文第一作者為山西大學(xué)研究生郝純，通訊作者為我校化學(xué)化工學(xué)院楊朋舉教授、趙江紅副教授和商洛學(xué)院曹寶月教授。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（22372094）的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202508683