8-羟基喹啉配体修饰的贵金属催化剂在CO₂还原中的性能提升

8-羟基喹啉（8-HQ）凭借 N、O双齿配位特性，修饰钌、金等贵金属催化剂后，可通过优化配位环境、稳定反应中间体、降低反应能垒等途径，从催化活性、产物选择性、催化剂稳定性三方面显著提升CO₂还原性能，在光催化、电催化CO₂还原体系中均展现出优异应用潜力，以下是具体性能提升表现及作用机制：

催化活性显著增强

强化CO₂吸附与活化：8-羟基喹啉中的吡啶氮与羟基可与贵金属活性中心形成稳定配位结构，同时其含有的O、N原子能通过氢键或偶极作用与CO₂分子中的O原子相互作用，改变CO₂分子的线性稳定结构使其发生弯曲形变，降低CO₂活化的自由能，例如将8-羟基喹啉衍生物修饰的钌配合物负载到TiO₂纳米颗粒上时，该复合催化剂对气态CO₂的光催化还原中，CO和CH₄的生成速率分别达到26.6μmol・g⁻¹・h⁻¹ 和17.2μmol・g⁻¹・h⁻¹，远高于未修饰的TiO₂纳米颗粒。在CO₂电解制光气的体系中，加入8-羟基喹啉铝修饰催化剂后，还能提升CO₂在催化剂表面与电子的活化强度，降低CO₂还原生成CO的反应电势，加快反应速率。

优化电子转移效率：8-羟基喹啉的共轭结构可构建贵金属活性中心与载体间的电子传输通道，减少电子转移过程中的能量损耗。像5-甲基-8-羟基喹啉形成的钌络合物，其配体的共轭体系能促进钌中心的氧化还原循环，让Ru³⁺与Ru²⁺之间的转化更顺畅，为CO₂还原提供持续的电子供给，大幅提升催化反应的整体效率。

产物选择性精准调控

8-羟基喹啉配体可通过空间结构与配位作用，定向稳定特定反应中间体，从而调控产物路径，减少氢气等副产物生成。在电催化CO₂还原中，8-羟基喹啉修饰后的贵金属催化剂能高效抑制析氢反应，将法拉第效率集中于目标产物。如在催化剂中加入8-羟基喹啉铝后，CO₂还原制CO的法拉第效率可提升至95％以上，而副产物 H₂的法拉第效率低于0.0001％，这是因为8-羟基喹啉的官能团可通过氢键稳定HCOO等关键中间体，削弱贵金属表面对H⁺的吸附能力，减少析氢竞争反应，推动CO₂向CO等碳基产物转化。

催化剂稳定性大幅提升

抑制贵金属团聚与流失：贵金属纳米颗粒在催化反应中易因高温或反应介质影响发生团聚，导致活性位点减少。8-羟基喹啉配体可通过配位作用牢牢锚定贵金属原子，限制其迁移团聚。例如钌、金等贵金属离子与8-羟基喹啉形成稳定的络合物后，负载到载体上时分散性显著提高，避免了反应过程中活性组分的脱落流失。

提升抗失活能力：贵金属活性中心在氧化还原循环中易被氧化或与反应副产物结合而失活。8-羟基喹啉配体可包裹在贵金属表面形成保护层，减少活性中心与外界不良环境的接触。比如在光催化循环中，8-羟基喹啉修饰的钌催化剂可通过配体的电子缓冲作用，缓解钌活性中心的价态剧烈波动，使其在多次催化循环后仍能保持稳定的配位结构，维持催化活性。

适配多反应体系，拓展应用场景

8-羟基喹啉配体的结构可通过取代基修饰进行灵活调控，使其适配不同的CO₂还原体系。在气态光催化体系中，其修饰的钌基催化剂可高效将CO₂还原为CO、CH₄等气态产物；在电解体系中，搭配气体扩散电极使用时，又能针对性催化CO₂还原为CO等中间产物，为后续多步反应提供原料。这种适配性得益于8-羟基喹啉既可作为配位配体稳定贵金属活性中心，又能通过结构修饰调整亲疏水性与电子效应，适配不同反应环境的需求。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/