近期，我校化学与材料工程学院焦星辰教授课题组在CO₂催化转化方面取得重要进展，研究成果“Light-Driven C-C Coupling for Targeted Synthesis of CH₃COOHwith Nearly 100% Selectivityfrom CO₂”在线发表于Angewandte Chemie International Edition(https://doi.org/10.1002/ange.202317726)，“Selective Photoreduction of CO₂to CH₄Triggered by Metal-Vacancy Pair Sites”在线发表于Nano letters(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04012)。

为了满足全球能源需求，化石燃料的过度消耗导致大量CO₂的释放，造成了全球变暖、酸雨、海平面上升等全球气候变化。利用CO₂作为原料生产有价值的碳基燃料是一种潜在的技术，可以开发新能源，同时缓解“温室效应”。在各种策略中，由于太阳能这一可再生能源，光催化CO₂还原被认为是将CO₂转化为增值化学品或燃料的一种很有前途的方法，因为太阳能取之不尽、用之不竭，且光催化CO₂还原通常在常温常压下进行，无需消耗额外能量，是一种“绿色”的策略。然而，CO₂光还原过程复杂，可能产生的产物范围广泛。因此，设计和制备高效催化剂对光还原CO₂至关重要。

基于此，化学与材料工程学院焦星辰教授、陈庆霞副教授与中国科学技术大学谢毅院士合作设计了Pd掺杂的Co₃O₄超薄片(图1)，通过不对称Co位点实现了在常温常压纯水条件下选择性将CO₂光转化为CH₃COOH,生成速率为13.8 μmol g⁻¹h⁻¹且选择性接近100%，均优于类似条件下之前报道的单一光催化剂；以及具有金属空位对的金属氧化物半导体超薄片(图2)，通过引入氧缺陷实现了在常温常压纯水条件下选择性地将CO₂光转化为CH_4，生成速率为19.14 μmol g⁻¹h⁻¹，电子选择性高达94.1%，优于类似条件下之前报道的大多数光催化剂。

两项工作从实验/理论上分别验证了通过构建了由掺杂工程诱导的电荷不对成金属位点进而促进C-C偶联，提高了光还原CO₂制CH₃COOH的选择性和活性，为在温和条件下定向合成CH₃COOH提供了新的见解以及通过构建金属−氧空位双原子位点可以促进CO₂质子化偶联，提高了光还原CO₂制CH₄的选择性和活性，为有效地调控CO₂光还原过程中的产物选择性提供了新的见解。

上述两项工作分别在线发表在Angewandte Chemie International Edition以及Nano letters上，江南大学化学与工程学院焦星辰教授、陈庆霞副教授为该论文的共同通讯作者。其中江南大学化工学院2022级硕士研究生丁金钰和2023级硕士研究生杜佩津为第一项工作的共同第一作者；江南大学化工学院2022级硕士研究生吴佳聪和2022级硕士研究生范文亚为第二项工作的共同第一作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFA1502904），国家自然科学基金（22275178）和江南大学高层人才启动基金等基金资助。

图1：传统制备乙酸的策略和光催化CO₂还原制备乙酸的策略示意图

图2：单金属位点和金属-空位对位点光还原CO₂路径示意图