用于高效二氧化碳还原的生物质子耦合半导体/金属配合物杂化光电催化界面

摘要： 为实现高效仿生二氧化碳光电化学转化，研究团队通过共价修饰原位质子转移功能化分子催化剂（Ru-BNAH），在TiO2/Cu2O复合半导体基底电极表面构建了生物质子耦合金属配合物/半导体杂化光电催化界面（Ru-BNAH/TiO2/Cu2O）。得益于生物质子载体的优异质子耦合能力，在相同条件下，该Ru-BNAH/TiO2/Cu2O光电催化界面在二氧化碳气氛中的光电流密度达到无质子载体时的两倍。同时，基于金属氧化物基底的优良光敏特性，光生电子能快速转移至分子催化剂，在水介质中实现高效二氧化碳还原。在-0.9V电位下照射8小时后，该界面产生409.5微摩尔甲酸，较无质子转移载体时提升2.44倍。此外，原位紫外-可见吸收光谱与原位拉曼光谱证实质子传输载体在二氧化碳还原过程中提供质子；而在CO2饱和D2O介质中生成的HCOO?则证明质子（H）源自质子转移载体而非溶剂（D2O）。