直接光催化CO₂和H₂O转化为高附加值的C₃产品具有重要前景。但是，针对直接合成具有高能量密度和市场价值的C₃产品的研究仍然较为匮乏。现有的CO₂转化为C₃产品的研究表明，C₃产品的直接合成依赖于有利的多碳耦合反应。然而，C₁中间体（如*CO、*CHO、*COH）由于其吸附较弱以及缺乏有效的耦合位点，往往容易从催化剂表面解吸。因此，开发先进的光催化剂以促进多碳耦合（C₁-C₁和C₂-C₁）对于C₃产品的直接合成具有重要意义。

       郭烈锦院士团队开发了具有分散的Cu单原子和独特的Cu-S-Zn活性单元的Cu-ZnS催化剂，实现了CO₂高选择性还原为丙酸（CH₃CH₂COOH）。本研究通过原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和理论计算，发现Cu-ZnS表面上的Cu-S-Zn活性单元在促进*COHCO中间体的稳定形成中起着关键作用。此外，本研究还通过理论和实验相结合的方法，准确识别了反应路径中如*COCOHCO、*OCCCO、*CCCO和*CHCHCO，的多个关键中间体，为CO₂向C3的转化机理提供了重要线索。最终，光催化CO₂还原性能测试结果表明，该反应体系分别在无牺牲、TEOA辅助体系中，实现了0.45 μmol·h⁻¹、16.9 μmol·h⁻¹的CH₃CH₂COOH生成速率，且电子选择性超过90%。

       据悉，这是首次报道CO₂直接光催化转化为CH₃CH₂COOH的研究。该研究首次清晰的揭示了CO₂向CH₃CH₂COOH转化的反应机理，提出了光催化CO₂为C₃产品的中间产物调控方法，为未来可持续化学品合成的发展提供了重要思路。

图1 表征Cu-ZnS光催化剂Cu化学态和存在形式

图2 光催化CO₂还原CH₃CH₂COOH性能

图3 原位FTIR表征CO₂还原过程反应中间体变化

图4 DFT计算分析能量变化

图5 Cu-ZnS上光催化转化CO₂为CH₃CH₂COOH机理

       近日，研究成果以《Cu-ZnS Modulated Multi-Carbon Coupling Enables High Selectivity Photoreduction CO₂ to CH₃CH₂COOH》为题，发表在《先进材料》（ADVANCED MATERIALS）。西安交通大学绿色氢电全国重点实验室为第一单位和唯一通讯单位，郭烈锦院士和刘亚副研究员为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金“能源有序转化”基础科学中心（52488201）支持。

       原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202416708