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ChemPhotoChem:光催化还原CO₂反应中的有机和非贵金属光敏剂


光催化还原CO2作为解决全球变暖和能源危机的潜在途径之一,近年来备受关注。这一过程不仅能够将温室气体CO2还原生成高附加值化学品,还具备绿色环保的优势,将太阳能转化为化学能。在该领域中,光敏剂的合理选择与设计是提升催化效率和选择性的关键。贵金属光敏剂(如Re和Ir化合物)因其优异的光学性质和催化性能而被广泛应用,但其高昂的成本推动了人们对有机和非贵金属光敏剂作为贵金属光敏剂替代品的深入研究。掌握有机和非贵金属光敏剂的合成、设计及结构-活性关系,有利于发展更加高效的低成本光催化还原CO2体系。



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近日,宁波大学晁多斌研究组系统总结了有机光敏剂,以及基于Cu、Zn和Al的非贵金属光敏剂在光催化CO2还原中的研究进展,重点介绍了它们在不同光催化还原CO2体系的应用。在该综述中,作者首先分析了非贵金属光敏剂的应用进展,特别是Cu、Zn和Al等金属的贡献。这些非贵金属光敏剂通常成本较低,并且在合适条件下展现出优异的催化性能。研究表明,通过对非贵金属光敏剂的分子结构或配位环境进行精心设计,可获得具有较高光催化活性和选择性的体系,显示出广阔的应用前景。关于有机光敏剂方面,作者重点讨论了氨基、蒽醌、卟啉、酞菁和苯腈等有机化合物,提出这些有机化合物易于合成,为有机光敏剂的修饰提供了许多可能性,并可进一步改善它们的光电性质。其中,部分有机光敏剂在可见光区域具有强吸收、较长的三重态寿命以及良好的还原能力,在光催化还原CO2中展现出优异的光敏活性。此外,大多数有机光敏剂毒性较低,对环境更为友好。

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然而,一些非贵金属光敏剂在光吸收性能、稳定性和量子产率等方面仍落后于贵金属光敏剂,部分有机光敏剂也存在稳定性不足、效率低、选择性差、水溶性差等问题,但这些挑战在未来有望通过化合物结构修饰和催化体系的优化得到解决。未来的研究将致力于开发更高效、更稳定、环境适用性广的光敏剂体系,并通过探索新型光敏机制和优化反应条件,进一步提升有机和非贵金属光敏剂在光催化还原CO2反应中的应用性能。综上所述,作者在该综述为光催化二氧化碳还原中有机和非贵金属光敏剂的研究现状和未来发展提供了全面的总结与深入分析,能够为该领域的研究人员提供重要的参考价值。

文信息

Organic and Non-Precious Metal Photosensitizers for Photocatalytic CO2 Reduction

Yilin Xue, Duobin Chao


ChemPhotoChem

DOI: 10.1002/cptc.202400246    




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