8-羥基喹啉配體修飾的貴金屬催化劑在CO₂還原中的性能提升

8-羥基喹啉（8-HQ）憑借 N、O雙齒配位特性，修飾釕、金等貴金屬催化劑后，可通過優(yōu)化配位環(huán)境、穩(wěn)定反應(yīng)中間體、降低反應(yīng)能壘等途徑，從催化活性、產(chǎn)物選擇性、催化劑穩(wěn)定性三方面顯著提升CO₂還原性能，在光催化、電催化CO₂還原體系中均展現(xiàn)出優(yōu)異應(yīng)用潛力，以下是具體性能提升表現(xiàn)及作用機(jī)制：

催化活性顯著增強(qiáng)

強(qiáng)化CO₂吸附與活化：8-羥基喹啉中的吡啶氮與羥基可與貴金屬活性中心形成穩(wěn)定配位結(jié)構(gòu)，同時其含有的O、N原子能通過氫鍵或偶極作用與CO₂分子中的O原子相互作用，改變CO₂分子的線性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使其發(fā)生彎曲形變，降低CO₂活化的自由能，例如將8-羥基喹啉衍生物修飾的釕配合物負(fù)載到TiO₂納米顆粒上時，該復(fù)合催化劑對氣態(tài)CO₂的光催化還原中，CO和CH₄的生成速率分別達(dá)到26.6μmol・g⁻¹・h⁻¹ 和17.2μmol・g⁻¹・h⁻¹，遠(yuǎn)高于未修飾的TiO₂納米顆粒。在CO₂電解制光氣的體系中，加入8-羥基喹啉鋁修飾催化劑后，還能提升CO₂在催化劑表面與電子的活化強(qiáng)度，降低CO₂還原生成CO的反應(yīng)電勢，加快反應(yīng)速率。

優(yōu)化電子轉(zhuǎn)移效率：8-羥基喹啉的共軛結(jié)構(gòu)可構(gòu)建貴金屬活性中心與載體間的電子傳輸通道，減少電子轉(zhuǎn)移過程中的能量損耗。像5-甲基-8-羥基喹啉形成的釕絡(luò)合物，其配體的共軛體系能促進(jìn)釕中心的氧化還原循環(huán)，讓Ru³⁺與Ru²⁺之間的轉(zhuǎn)化更順暢，為CO₂還原提供持續(xù)的電子供給，大幅提升催化反應(yīng)的整體效率。

產(chǎn)物選擇性精準(zhǔn)調(diào)控

8-羥基喹啉配體可通過空間結(jié)構(gòu)與配位作用，定向穩(wěn)定特定反應(yīng)中間體，從而調(diào)控產(chǎn)物路徑，減少氫氣等副產(chǎn)物生成。在電催化CO₂還原中，8-羥基喹啉修飾后的貴金屬催化劑能高效抑制析氫反應(yīng)，將法拉第效率集中于目標(biāo)產(chǎn)物。如在催化劑中加入8-羥基喹啉鋁后，CO₂還原制CO的法拉第效率可提升至95％以上，而副產(chǎn)物 H₂的法拉第效率低于0.0001％，這是因為8-羥基喹啉的官能團(tuán)可通過氫鍵穩(wěn)定HCOO等關(guān)鍵中間體，削弱貴金屬表面對H⁺的吸附能力，減少析氫競爭反應(yīng)，推動CO₂向CO等碳基產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。

催化劑穩(wěn)定性大幅提升

抑制貴金屬團(tuán)聚與流失：貴金屬納米顆粒在催化反應(yīng)中易因高溫或反應(yīng)介質(zhì)影響發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致活性位點(diǎn)減少。8-羥基喹啉配體可通過配位作用牢牢錨定貴金屬原子，限制其遷移團(tuán)聚。例如釕、金等貴金屬離子與8-羥基喹啉形成穩(wěn)定的絡(luò)合物后，負(fù)載到載體上時分散性顯著提高，避免了反應(yīng)過程中活性組分的脫落流失。

提升抗失活能力：貴金屬活性中心在氧化還原循環(huán)中易被氧化或與反應(yīng)副產(chǎn)物結(jié)合而失活。8-羥基喹啉配體可包裹在貴金屬表面形成保護(hù)層，減少活性中心與外界不良環(huán)境的接觸。比如在光催化循環(huán)中，8-羥基喹啉修飾的釕催化劑可通過配體的電子緩沖作用，緩解釕活性中心的價態(tài)劇烈波動，使其在多次催化循環(huán)后仍能保持穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)，維持催化活性。

適配多反應(yīng)體系，拓展應(yīng)用場景

8-羥基喹啉配體的結(jié)構(gòu)可通過取代基修飾進(jìn)行靈活調(diào)控，使其適配不同的CO₂還原體系。在氣態(tài)光催化體系中，其修飾的釕基催化劑可高效將CO₂還原為CO、CH₄等氣態(tài)產(chǎn)物；在電解體系中，搭配氣體擴(kuò)散電極使用時，又能針對性催化CO₂還原為CO等中間產(chǎn)物，為后續(xù)多步反應(yīng)提供原料。這種適配性得益于8-羥基喹啉既可作為配位配體穩(wěn)定貴金屬活性中心，又能通過結(jié)構(gòu)修飾調(diào)整親疏水性與電子效應(yīng)，適配不同反應(yīng)環(huán)境的需求。

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