应用领域：CO₂转化利用；光催化合成；低碳化工；乙烯制备
前言
乙烯是全球核心化工产品，75%的石化制品以其为基础原料，目前99%依赖碳氢化合物高温裂解制备，伴随大量CO₂排放。将大气浓度CO₂（0.03%）通过光还原转化为乙烯，是兼具环保与能源价值的技术路径。该过程的核心瓶颈是C-C耦合反应难以发生，导致高附加值C₂产物选择性低。本应用通过界面工程构建电荷不对称杂原子位点突破C-C耦合限制。
真空紫外光电离质谱（SVUV-PIMS）技术具有无碎片干扰、实时检测、精准同位素溯源能力，为验证大气浓度CO₂光还原产物C₂H₄的碳源真实性，排除其他碳杂质干扰，本研究采用真空紫外光电离质谱（SVUV-PIMS）技术进行关键表征。
实验材料与方法
1.催化剂制备：以ZnO纳米片为基底，负载Pd纳米簇制备Pd-ZnO复合催化剂，同时制备纯ZnO纳米片作为对照。
2.核心表征技术：除SVUV-PIMS外，辅以¹H核磁共振检测液态碳基产物。
3.催化性能测试：在模拟空气（0.03%CO₂）、纯水环境中进行光还原实验，评估C₂H₄生成速率及产物选择性。
结果与结论
产物溯源与催化性能测试
气相色谱（GC）产物测试结果（图1d）显示，纯ZnO仅生成CO，而Pd-ZnO实现C₂H₄合成。Pd-ZnO复合催化剂通过界面工程构建的杂原子位点，成功突破了纯ZnO无法实现的C-C耦合瓶颈，将CO₂光还原产物从低价值的C₁（CO）转化为高价值的C₂（C₂H₄）。
¹H核磁共振（¹HNMR）（图1e）未检测到液态碳基产物，表明仅生成C₂H₄、CO、CH₄等气态产物，无液态碳基化合物生成，避免了产物的物态混杂。Pd-ZnO催化剂对“气态C₂产物（C₂H₄）”具有选择性，而非随机生成多种碳基产物。
SVUV-PIMS的¹³CO₂标记实验（图1f）中，m/z=29和30的峰对应¹³CO和¹³C₂H₄，证实了产物中的碳元素来源于CO₂光还原过程，而非催化剂本身或实验环境中的其他碳杂质。该表征结果明确了Pd-ZnO催化剂驱动CO₂转化为C₂H₄的反应真实性，排除了产物来源的不确定性，为界面工程构建杂原子位点促进C-C耦合的反应机制提供了佐证。此外，结合¹HNMR未检测到液态碳基产物的结果，SVUV-PIMS进一步明确了反应的主要气相产物为C₂H₄、CO和少量CH₄，为催化性能评估提供了精准的数据支撑。
图1(d)ZnO和Pd-ZnO纳米片的产物生成速率，（e）Pd-ZnO和ZnO纳米片的产物的1HNMR光谱，（f）在Pd-ZnO纳米片上13CO2标记的光还原期间产物的SVUV-PIMS光谱。
界面工程构建的电荷不对称Pd-Zn杂原子位点，通过调控中间体吸附与反应路径降低C-C耦合能垒，突破了大气浓度CO₂光还原制C₂H₄的关键瓶颈。而SVUV-PIMS技术通过¹³CO₂同位素标记实验，精准追溯产物碳源，有效排除干扰因素，为反应的真实性与有效性提供了核心佐证，是本研究结论成立的重要技术支撑。
参考文献
[1] Peijin Du, Jinyu Ding, Chengyuan Liu, Peipei Li, Wenxiu Liu, Wensheng Yan, Yang Pan, Jun Hu, Junfa Zhu, Xiaodong Li*, Qingxia Chen*, Xingchen Jiao*, Interface-Engineering-Induced C−C Coupling for C2H4 Photosynthesis from Atmospheric-Concentration CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202421353