戈磊教授团队：缺陷介导Cu-Zn双位点协同，轨道调控实现高效光催化CO2还原制乙烯

背景：太阳能驱动CO2还原为高附加值化学品是缓解碳排放、实现碳资源循环利用的重要途径，其中乙烯（C2H4）是重要基础化工原料，但其光催化合成面临CO2分子稳定、C-C偶联动力学缓慢等挑战。CuInS2虽有良好可见光响应和天然Cu/In双位点，但仍存在载流子复合严重、C2H4选择性低等问题。研究目的：通过Zn掺杂诱导CuInS2中硫空位自发形成，构筑缺陷介导的Cu-Zn双位点协同体系，从原子尺度调控活性位点的几何构型与电子结构，提升光催化CO2还原制C2H4的选择性和效率。结论：3Zn-CIS在可见光、无牺牲剂条件下实现了15.9 μmol g-1 h-1的C2H4产率和77.5%的电子选择性，较纯CuInS2提升5.9倍。机理表明，Zn掺杂优先取代In3+位点并通过电荷补偿诱导硫空位，硫空位作为浅施主缺陷使费米能级上移，促进电子向Zn位点重新分布，提高载流子分离效率。Cu-Zn双位点协同：Cu位点与CO2的2π*反键轨道发生d-p杂化，Zn 3d轨道与CO2成键轨道耦合，共同促进CO2弯曲活化和后续C-C偶联，将速决步能垒降低0.41 eV，实现了高效、高选择性的C2H4生成。