太阳能驱动CO₂转化提供一条潜在的绿色路径缓解能源需求的压力以及日益恶化的环境问题。光催化二氧化碳转化为高附加值太阳燃料（C₂₊）是非常有前景的碳中和技术路径，成为当前催化领域研究的热点。然而，由于迟缓的C-C耦联动力学以及很低的多电子利用效率，高附加值太阳燃料如乙烯、乙烷、乙醇等的生成仍然具有很大的挑战。它对光催化剂的设计与制备提出了更高的要求。Cu被认为是CO₂转化生成C₂₊产物最具有活性的金属，Cu⁺对*CO具有较好的吸附能力促进碳-碳偶联。如何设计Cu基催化剂光催化CO₂还原制备C₂₊，同时具有较高的活性和选择性是难点。单原子催化剂被不断地证明在CO₂还原反应中具有较高的活性与选择性。然而，对于光催化CO₂还原生成C₂₊产物中多电子-质子的反应过程，单原子金属位点结构的单一性使其催化性能受到了内在的限制。基于此，开发多功能的原子分散的催化剂满足光催化CO₂反应过程需要的较好的光吸收、电荷分离效率，高活性的反应位点，尤其增强对中间体*CO吸附促进C-C偶联，提高C₂₊产物的性能是非常必要的。

近日，大连理工大学郭新闻团队在Angewandte Chemie International Edition期刊上发表题为“Atomically Dispersed Indium-Copper Dual-Metal Active Sites Promoting C–C Coupling for CO₂ Photoreduction to Ethanol”的文章。该工作以氮化碳为载体，采用原位热解的策略制备了原子分散的In-Cu双金属催化剂，实现了光催化CO₂还原制乙醇。调控金属Cu，以及In的负载量，增强光吸收、电荷分离效率，光还原CO₂制乙醇的生成速率达到28.5 umol g^-1 h^-1，选择性达到92%。实验结合DFT计算表明：原子In引入到Cu单原子催化剂中，加速了氮化碳载体向金属位点的电子转移，提高电荷分离及传递效率；In向Cu转移电子，调控Cu位点的电子结构，使其富集电子，更具有活性；In-Cu发挥协同效应，增强*CO的吸附促进C-C偶联；In-Cu双位点参与*CO二聚作用，降低*COCO的生成能垒，促进乙醇的生成。该工作为开发高效稳定的光催化剂催化转化二氧化碳生成高附加值太阳燃料提供新的思路。

图1. 原子分散的In-Cu催化剂的合成示意图以及球差图像

图2.光催化CO₂还原反应评价

论文的第一作者为大连理工大学博士后时海南和天津大学博士后王浩志，论文通讯作者为大连理工大学郭新闻、侯军刚教授和西澳大学杨虹教授，该研究得到辽宁省兴辽英才高水平创新团队、国家自然科学基金的资助支持。

论文链接：

Hainan Shi, Haozhi Wang, Yichen Zhou, Jiahui Li, Panlong Zhai, Xiangyang Li, Gagik G. Gurzadyan, Jungang Hou, Hong Yang, and Xinwen Guo, Atomically Dispersed Indium-Copper Dual-Metal Active Sites Promoting C–C Coupling for CO₂ Photoreduction to Ethanol.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202208904