模拟自然界中光合作用，将二氧化碳通过光催化技术转化为高附加值的碳氢化合物燃料，是实现“碳中和”与开发清洁能源的一种理想方案。缺陷态二氧化钛具有强的可见光吸收和独特的电子结构，是一种很有潜力的光催化材料。但是，其中存在着缓慢的多电子/质子转移能力和C-C耦合动力学行为，难以实现高效率的二氧化碳光还原，特别是形成高附加值的C2+化合物。在本工作中，我们设计合成了铜(Cu)纳米颗粒和硫氰酸离子(SCN-，KSCN)共修饰的缺陷态二氧化钛，其中Cu助催化剂作为C-C偶联反应的活性位点(通过中间产物*CO- CHO)，亲核性的SCN-离子有利于CO2吸附，且SCN-诱导的表面偶极效应可以增强载流子的动力学行为和多电子转移能力，二者共修饰有助于CO加氢和C2+产物的多质子偶联过程。结果表明，基于SCN-Cu/TiO2-SBO催化剂，光催化还原CO2的产物中多碳产物C2H4的产率和选择性分别为4.7 μmol·g-1·h-1和40%，而CO和CH4的产率也是单一TiO2-SBO的2倍和5倍。第一性原理计算结果表明，Cu助催化剂有效降低了乙烯的关键中间体*CO-COH的反应能，SCN-离子有利于CO2分子吸附，从而促进了乙烯的生成。该工作为光催化还原CO2为高附加值多碳产物的高效光催化剂设计提供了新思路。
该工作发表在国际著名学术期刊Chemical Engineering Journal，题目为“Improving photocatalytic performance of defective titania for carbon dioxide photoreduction by Cu cocatalyst with SCN- ion modification”。河南大学纳米材料工程研究中心博士研究生张丽娜为论文第一作者，李秋叶教授与杨建军教授为论文共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新团队、河南省优秀青年基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142358。
