文件分享丨Nature Communications：福建农林大学廖光福团队在光催化CO?还原领域新进展
福建农林大学廖光福教授团队在《Nature Communications》颁发光催化领域沉大突破：纯水系统下实现CO?高选择性还原造乙烷
2025年8月，国际权威学术期刊《Nature Communications》在线刊载了福建农林大学廖光福教授课题组的最新钻研成就。该团队通过度子工程战术创新设计了一种氟苯建饰的苝二亚胺基光催化剂，初次在纯水系统中实现了二氧化碳（CO?）向乙烷（C?H?）的高选择性催化转化，反映蹊径选择性高达92%，为和善前提下碳资源高效利用启发了新蹊径。
钻研突破了传统光催化CO?还原依赖有机溶剂或复杂助催化剂的局限，通过氟苯基团的电子效应与空间位阻协同调控，显著提升了催化剂在纯水中的分散性及反映中央体C-C偶联效能。论文第一作者为肖茵、丁桂祥和陶家宇，帅李教授与廖光福教授为共同通讯作者。该工作得到了国度天然科学基金、福建省科技沉大专项等项主张支持。
本钻研通过度子工程战术，创新设计并合成了一种基于N,N'-双(4-氟苯基)苝-3,4,9,10-双(二甲酰亚胺)（PDIBF）的受体-供体-受体（A-D-A）型超分子光催化系统。尝试批注，在可见光照射（λ ≥ 420 nm）及纯水蒸空气围下，该催化剂可高效驱动CO?还原与水氧化偶联反映，乙烷（C?H?）产率达124.84 μmol·g?¹·h?¹，较传统光催化剂机能提升超3倍，且C?H?选择性高达91%。
苝二酰亚胺（PDI）作为典型n型有机半导体，因不变性强、电子亲和性高，在光催化领域利用宽泛。但其平面共轭结构易引发分子间强π-π堆积，导致两大难题：
溶化性差：分子荟萃导致催化剂难以分散，活性位点露出不及；
载流子易复合：光生电子-空穴对未参加反映即湮灭，量子效能低下。
多技术表征证实氟苯建饰苝二酰亚胺衍生物PDIBF成功合成
电子显微镜观察显示，PDI及其氟苯建饰产品PDIBF均呈规整棒状结构（图2a-c），PDIBF的高分辨图像可见清澈晶格条纹，批注氟苯引入未粉碎结晶性。
元素与化学键验证
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元素面扫描（图2d-g）批注，F、N、O、C在PDIBF表表均匀散布，F与N/O信号沉叠，初步证明氟苯基团共价衔接成功。
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13C NMR谱（图2h-i）中，162.97 ppm处羰基碳因N原子吸电子效应高场位移，114.54 ppm处新增C-F键特点峰；
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FTIR光谱（图2j）显示1663 cm?¹（C=O）和1216 cm?¹（C-F）强吸收峰，进一步确认酰亚胺化反映实现。
晶体结构优化
XRD图谱（图2k）显示，PDIBF在22-29°的衍射峰强度减弱且左移，对应π-π堆叠层间距从0.34 nm增至0.38 nm，有效减弱分子间电子耦合。
表表电子态分析
XPS谱（图2l-m）中，F 1s（686.50 eV）和N 1s（400.11 eV）特点峰，以及C 1s分峰中C-F键（287.52 eV）的出现，定量分析批注F/C原子比为0.2:1，与理论值一致。
本钻研初次构建了基于苝二酰亚胺（PDI）的氟苯职能化光催化剂PDIBF，通过氟原子强电负性诱导分子内电荷极化不合称散布（氟苯/羰基端富电子，苝核中心缺电子），形成强度提升3.2倍的内建电。↖EF），驱动CO?-H?O系统高效、高选择性（>92%）合成乙烷（C?H?）。
三大主题突破
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中央体动态捕获：原位DRIFTS光谱初次直接观测到C-C偶联关键中央体*COCO（1850 cm?¹特点峰），揭示乙烷天生的双碳耦合蹊径（图1a）；
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反映能垒精准调控：DFT推算批注，氟苯引入使C-C键形成能垒从1.05 eV降至0.23 eV，突破传统有机半导体反映动力学限度（图1b）；
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电荷分离效能跃升：A-D-A分子结构（受体-给体-受体）的非对称电子散布，使光生载流子分离效能提升至87%（较PDI提高2.4倍），寿命耽搁至2.1 μs（图1c）。
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