二氧化碳催化制甲烷研究中采用XAFS进行催化剂结构分析

光催化H2O还原CO2还原为CH4是实现“碳中和”的有效途径之一。该反应中由于质子与CO2的耦合同质子与质子间的耦合存在着剧烈的竞争，最终导致产物中CH4的选择性比较低。 西南石油大学周莹教授课题组设计了氮掺杂碳包覆金属钴（N-C@Co）光催化剂，以提高光催化还原CO2制CH4的选择性。理论计算和实验表征分析表明在N-C@Co和H2O之间形成分子间氢键，有效抑制了生成的质子的迁移，促进了CO2分子的吸附和活化，并且有效抑制CO中间体的脱附（CO中间体通常被认为是生成CH4的关键物种）。这使得在光催化还原CO2的过程中质子可以选择性的与CO2耦合为CH4。最终，N-C@Co所对应的H2的选择性和活性相对于体相Co而言分别降低了17.6倍和9.3倍。而N-C@Co所对应的CH4的选择性和活性相对于体相Co而言分别提升了6.1倍和3.2倍。这项工作为设计出具有高CH4选择性的光催化材料提供了思路。其中X射线精细结构光谱（TableXAFS-500，安徽创谱仪器科技有限公司）对Co局域电子结构的判断是催化机理分析的重要依据。