Fotosíntesis a temperatura ambiente de propano a partir de CO2 con átomos de Cu individuales sobre TiO2 rico en vacantes

La conversión fotocerámica de CO2 en productos de alto valor C2+ es difícil de lograr debido a los desafíos energéticos y mecánicos en la formación de múltiples enlaces C-C. Aquí, se prepara un fotocatalizador eficiente para la conversión de CO2 en C3H8 al implantar átomos de Cu individuales en capas delgadas atómicas de Ti0.91O2. Los átomos de Cu individuales promueven la formación de vacantes de oxígeno vecinas (VOs) en la matriz de Ti0.91O2. Estas vacantes de oxígeno modulan la interacción de acoplamiento electrónico entre los átomos de Cu y los átomos de Ti adyacentes para formar una unidad única Cu-Ti-VO en la matriz de Ti0.91O2. Se logra una alta selectividad basada en electrones del 64.8% para C3H8 (selectividad basada en el producto del 32.4%), y del 86.2% para hidrocarburos totales C2+ (selectividad basada en el producto del 50.2%). Los cálculos teóricos sugieren que la unidad Cu-Ti-VO puede estabilizar los intermediarios clave *CHOCO y *CH2OCOCO y reducir sus niveles de energía, ajustando tanto los acoplamientos C1-C1 como C1-C2 en procesos exotérmicos termodinámicamente favorables. Se propone tentativamente un mecanismo de catálisis en tándem y una posible ruta de reacción para la formación de C3H8, que involucra una reducción y acoplamiento general de (20e- - 20H+) de tres moléculas de CO2 a temperatura ambiente.