甲烷（CH₄）是天然气的主要成分，也是主要的温室气体，将其选择性转化为高附加值化学品，以缓解当前的能源危机和环境问题，越来越受到研究人员的关注。单独的光化学催化过程在驱动CH₄转化为C₂₊方面遇到了无法充分利用太阳能光谱及缺乏C-C偶联驱动力的问题。利用催化剂的光热效应可实现催化剂表面局部高温，加热活性位点，促进自由基碰撞、光载流子迁移、反应物活化和产物脱附，从而提高催化性能。然而，由于光催化过程和光热过程机理复杂，两者的精准整合具有很大的挑战性。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所徐勇研究员团队通过引入窄带隙半导体Cu₉S₅同时作为光热转化组分和光催化组分，成功实现了光热效应与光化学催化的整合，从而充分利用太阳能光谱，提升催化剂局域温度，显著促进光驱动CH₄转化为乙醇。在催化剂体系中同时引入Cu₉S₅和Cu单原子，可实现光还原反应位点和光氧化反应位点的空间分离，促进光生电子-空穴对的可持续迁移和分离。原位实验和理论研究表明Cu₉S₅/Cu-CCN不仅可以优化CH₄吸附/活化和乙醇脱附，还可以通过稳定∙CH₃和∙CH₂O中间体降低C-C偶联能垒。Cu₉S₅/Cu-CCN催化光驱动CH₄转化生成乙醇的产率可达549.7 μmol g^-1 h^-1，选择性为94.8%，420 nm处表观量子效率为0.9%。

相关工作以Selective light-driven methane oxidation to ethanol为题发表在Nature Communications期刊上。论文第一作者为中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所博士后薛飞博士，通讯作者为徐勇研究员。

图1. Cu₉S₅/Cu-CCN的合成过程及形貌表征

图2. Cu₉S₅/Cu-CCN和Cu-CCN的结构表征

图3. Cu₉S₅/Cu-CCN光驱动甲烷转化为乙醇的活性、选择性及稳定性

图4. Cu₉S₅/Cu-CCN光还原和光氧化位点的探究、光热效应的探究及不同光强下光驱动甲烷转化为乙醇的活性和选择性

图5. Cu₉S₅/Cu-CCN光驱动甲烷转化为乙醇的反应过程探究

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