近日，我院绿色化学与化工技术创新团队的最新研究论文“Elucidating protonation pathways in CO₂ photoreduction using the kinetic isotope effect” 在自然科学领域顶级期刊Nature Communications (IF:17.69)上在线发表。江苏大学为第一完成单位，博士生尹士康为第一作者，闫研教授和霍鹏伟教授为通讯作者。

金属氧化物半导体表面光催化二氧化碳还原反应的具体反应路径一直是个充满争论的重要科学问题。科学家通常认为界面光催化反应与费托反应/塞巴斯蒂安合成气反应等具有相似的反应路径，即电子转移诱导的自由基路径（Path I）。然而，直线型CO₂分子具有强共轭结构，在极性金属基光催化剂表面通常难以形成有效的快速电子传递以完成自由基反应路径。相对地，CO₂分子通过质子化在催化剂表面形成吸附从而诱导后续电子转移反应的质子化反应路径（Path II）更为合理。然而，上述反应路径皆缺乏直接的实验证据，难以厘清。

基于此，绿色化工技术团队闫研、霍鹏伟教授课题组利用动力学同位素效应与精细原位界面表征技术，首次直接确认了二氧化钛表面光催化还原CO₂形成CO的反应是以质子化路径实现，并实现了对CO₂质子化中间体O=C=O-H+/D+的谱学表征。厘清了困扰光催化体系多年的反应路径争议，并进一步揭示了催化剂供质子能力大于供电子能力是光催化CO₂还原体系更易得到低碳产物（CO、CH₄）而非高碳产物（C2+）的根本原因，也是与费托反应/塞巴斯蒂安合成气反应等高碳合成策略的本质区别。该研究厘清了催化剂界面反应中间体与反应路径间的密切关系，界面化学反应机理与性能之间关系的新认识得到进一步深入。

该研究成果得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-44753-x

（化学化工学院）