Angew. Chem. ：有机聚合物点在水溶液中光催化CO2还原

受植物光合作用启发，利用光能将二氧化碳和水直接转换成高附加值的能源燃料是实现“碳中和”的理想途径。其中，开发廉价高效的二氧化碳还原光催化剂是此途径的关键步骤。有机聚合物具有结构性质易于修饰、能级结构方便调控、溶液可加工性强且绿色环保，因而作为新型的二氧化碳还原光催化剂受到广泛青睐。为解决一般的有机聚合物在水中分散性不佳以及提高催化剂的比表面积，瑞典乌普萨拉大学的田海宁副教授团队利用两性表面活性剂与有机聚合物共混的方式，制备了有机聚合物点（Polymer dots， Pdots）用作水分散体系的二氧化碳还原光催化剂;该反应体系由聚合物点光催化剂、三乙醇胺电子牺牲剂、二氧化碳和水组成。

相比于直接将聚合物粉体作为光催化剂，聚合物点作为光催化剂时展现出更高的二氧化碳还原活性，这主要归因于聚合物点更小的纳米尺寸带来更大的比表面积和独特的化学微环境。另外，聚合物光催化剂也展现了较好的催化重复性，在五个催化循环中都保持着较高的催化活性。在水体系中，质子的还原为氢气被认为是二氧化碳还原的一个竞争反应，但是聚合物点在三乙醇胺条件下一氧化碳产物的选择性为100%。推测是由于三乙醇胺体系较高的pH值导致水中质子浓度较低，不利于活性中心苯并噻二唑的质子化过程，进而抑制了析氢反应; 通过对比使用不同pH的电子牺牲剂验证了这个猜想。同位素标记证明了一氧化碳产物来源于二氧化碳还原; 光谱电化学证明了还原态的聚合物可与二氧化碳相互作用，进而进行还原反应。

最后，为了论证聚合物点作为二氧化碳还原光催化剂的优势，研究利用了理论计算对比了单个聚合物与聚合物点对二氧化碳还原成一氧化碳的反应能。理论计算发现，聚合物点由于具有较高的限域电荷密度，因而具有更低的吉布斯反应自由能。本研究为设计绿色环保的水分散体系的二氧化碳还原光催化剂的发展提供了新的思路。

论文信息

Organic Polymer Dots Photocatalyze CO₂ Reduction in Aqueous Solution

Dr. Bin Cai, Martin Axelsson, Dr. Shaoqi Zhan, Dr. Mariia V. Pavliuk, Sicong Wang, Jingguo Li, Prof. Dr. Haining Tian

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202312276