通过太阳能将CO₂转化为燃料的方法是一种有广泛应用前景的还原CO₂制备高附加值碳基化合物的方法。但是目前仍没有合适的高活性光吸收/光催化系统，因为未发现价格合理和高效CO₂转化反应催化剂。有鉴于此，北京大学马丁、纽黑文大学肖德泉、天津科技大学Zhen Yin等报道了一种铁基催化剂，该催化剂通过将大量可得的商品级Fe₃O₄进行氢化/碳化处理获得，得到的催化剂在光热催化CO₂反应中展现了接近100 %的CO选择性，同时反应速率达到11.3 mmol g^-1 h^-1。更加重要的是，纯相θ-Fe₃C催化剂在合成烃类化合物的反应中展现了＞97 %的选择性，反应活性达到10.9 mmol g^-1 h^-1。同时，作者发现，烃类化合物的选择性能通过对Fe₃O₄氢化/碳化处理过程调控实现，并且作者发现光热反应过程中非热化学影响起到重要作用。

本文要点：

（1）

通过DFT模拟计算、CO化学吸附、TP-H/D交换实验，验证了不同Fe基催化剂上CO吸附、H₂切断的变化情况。并且，作者通过瞬态光谱、原位DRIFT光谱发现光的作用（非热催化化学作用）会调控反应中间体物种，并影响反应产物的选择性。

瞬态光谱结果显示Fe₃O₄的激发态寿命达到＞8000 ps，Fe₃C未见可见光区间的瞬态吸收信号，但是在近红外区间有较弱的吸收。同时作者发现Fe₃O₄在可见光、近红外区间才能够进行CO₂催化反应，Fe₃C只在近红外光区间能够进行CO₂催化反应。并且Fe₃O₄、Fe₃C在紫外光区间都没有光催化活性。

原位DRIFT实验显示，Fe₃C催化反应中在2170 cm^-1、2115 cm^-1有对应与CO吸附物种，但是未发现HCOO，CO₃^2-，HCO₃^-等中间体物种吸附信号，说明Fe₃C上此类中间体的寿命较低，无法进行有效的CO₂氢化反应。作者认为在Fe₃C界面上，CO₂首先还原为CO，随后转化为CH₄。

（2）

本文为通过价格合理同时效率较高的Fe基催化剂用于CO₂转化反应提供了广泛经验，并展现了CO₂光化学转化制备燃料的广泛应用前景。

参考文献

Chuqiao Song, Xi Liu, Ming Xu, Daniel Masi, Yigui Wang, Yuchen Deng, Mengtao Zhang, Xuetao Qin, Kai Feng, Jie Yan, Jing Leng, Zhaohua Wang, Yao Xu, Binhang Yan, Shengye Jin, Dongsheng Xu, Zhen Yin*, Dequan Xiao*, and Ding Ma*

Photothermal Conversion of CO₂ with Tunable Selectivity Using Fe-based Catalysts: From Oxide to Carbide, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02244

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02244