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)定反應中間體、降低反應能壘等途徑，從催化活性、產物選擇性、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還原體系中均展現出優(yōu)異應用潛力，以下是具體性能提升表現及作用機制：

催化活性顯著增強

強化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)定配位結構，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)定結構使其發(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載到TiO₂納米顆粒上時，該復合催化劑對氣態(tài)CO₂的光催化還原中，CO和CH₄的生成速率分別達到26.6μmol・g⁻¹・h⁻¹ 和17.2μmol・g⁻¹・h⁻¹，遠高于未修飾的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度，降低CO₂還原生成CO的反應電勢，加快反應速率。

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

產物選擇性精準調控

8-羥基喹啉配體可通過空間結構與配位作用，定向穩(wěn)定特定反應中間體，從而調控產物路徑，減少氫氣等副產物生成。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，將法拉第效率集中于目標產物。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-羥基喹啉的官能團可通過氫鍵穩(wěn)定HCOO等關鍵中間體，削弱貴金屬表面對H⁺的吸附能力，減少析氫競爭反應，推動CO₂向CO等碳基產物轉化。

催化劑穩(wěn)定性大幅提升

抑制貴金屬團聚與流失：貴金屬納米顆粒在催化反應中易因高溫或反應介質影響發(fā)生團聚，導致活性位點減少。8-羥基喹啉配體可通過配位作用牢牢錨定貴金屬原子，限制其遷移團聚。例如釕、金等貴金屬離子與8-羥基喹啉形成穩(wěn)定的絡合物后，負載到載體上時分散性顯著提高，避免了反應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副產物結合而失活。8-羥基喹啉配體可包裹在貴金屬表面形成保護層，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)定的配位結構，維持催化活性。

適配多反應體系，拓展應用場景

8-羥基喹啉配體的結構可通過取代基修飾進行靈活調控，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)產物；在電解體系中，搭配氣體擴散電極使用時，又能針對性催化CO₂還原為CO等中間產物，為后續(xù)多步反應提供原料。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，又能通過結構修飾調整親疏水性與電子效應，適配不同反應環(huán)境的需求。

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