La conversion photocatalytique du CO2 en produits C2+ tels que l’éthylène est une voie prometteuse vers l’objectif de neutralité carbone, mais elle reste un grand défi en raison de la barrière d’activation élevée pour le CO2 et des potentiels de réduction similaires de nombreux produits de transfert multi-électrons possibles.
Dans une étude publiée dans le Journal de l’American Chemical Societyle groupe de recherche dirigé par le professeur Cao Rong et le professeur Huang Yuanbiao de l’Institut de recherche du Fujian sur la structure de la matière de l’Académie chinoise des sciences a rapporté une stratégie de photocatalyse en tandem pour soutenir la conversion du CO2 en éthylène.
Les chercheurs ont développé cette stratégie de photocatalyse en tandem par la construction de sites doubles synergiques dans la rhénium-(I) bipyridine fac-[ReI(bpy)(CO)3Cl] (Re-bpy) et charpente de triazine cuivre-porphyrinique (PTF(Cu)). Avec ces deux catalyseurs, ils ont produit une grande quantité d’éthylène à raison de 73,2 μmol g-1 h-1 sous irradiation à la lumière visible. L’éthylène ne peut pas être obtenu à partir du CO2 en utilisant l’un ou l’autre des composants du Re-bpy ou du PTF(Cu). Seul le produit monocarboné CO est produit dans des conditions similaires avec un seul catalyseur.
Dans le système photocatalytique en tandem, les chercheurs ont découvert que le CO généré sur les sites Re-bpy était adsorbé par les sites uniques Cu à proximité dans PTF (Cu), suivi d’un processus de couplage CC synergique qui produit finalement de l’éthylène.
Sur la base de l’analyse des spectres de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à réflectance diffuse in situ (DRIFTS) et des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), les chercheurs ont photoréduit le CO2 en Re-bpy-CO * sur le Re-bpy, à partir duquel une partie du CO peut être désorbé et déplacé vers le PTF(Cu) voisin où il est adsorbé par le site Cu mono-atomique pour former le PTF(Cu)-CO*.
De plus, le couplage CC s’est produit dans la synergie des intermédiaires PTF(Cu)-CO* et Re-bpy-CO* pour former Re-*CO-CO*-Cu, qui a finalement été réduit et libéré sous forme d’éthylène avec proton-CO* en plusieurs étapes. processus de transfert d’électrons couplés (PCET). Les calculs DFT ont démontré que le processus de couplage entre PTF(Cu)-*CO et Re-bpy-*CO pour former l’intermédiaire clé Re-bpy-*CO-*CO-PTF(Cu) est vital pour la production de C2H4.
Cette étude fournit une nouvelle voie pour la conception de photocatalyseurs efficaces pour la photocoversion des produits CO2 en C2 via un processus en tandem piloté par la lumière visible dans des conditions douces.
Plus d’information:
Rui Xu et al, Photocatalyse en tandem du CO2 en C2H4 via un cadre synergique Rhénium-(I) Bipyridine/Cuivre-Porphyrinique Triazine, Journal de l’American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c02370