在碱性位点定向形成双齿碳酸盐，以实现高效的二氧化碳光甲烷化

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Targeted Formation of Bidentate Carbonates at Alkaline Sites for Efficient CO2 Photomethanation

精准设计活性位点对开发高效选择催化剂至关重要。本文通过CO?光甲烷化模型反应，系统研究了CoAl氧化物中碱金属位点（Li, Na, K, Cs）与Ru位点协同作用机制：碱金属位点通过生成双齿碳酸盐（b-CO?*）活化CO?，Ru位点则通过异裂解离H?生成Hδ?推动后续加氢生成甲烷。该催化剂在2.6 W/cm2光照下实现77%单次CO?转化率和97.7%甲烷选择性，连续稳定运行400小时。揭示了靶向活化CO?和H?的协同机制，为CO?转化为高附加值化学品提供新思路。

　　

摘要

活性位点的精确设计对于开发高效且具有选择性的催化剂至关重要。然而，在二氧化碳（CO₂）转化过程中，由于缺乏对CO₂促进剂的系统评估，尤其是对其相互作用在原子层面的理解不足，限制了CO₂转化催化剂的持续进步。本文介绍了一种经过改良的CoAl氧化物，该氧化物具有定制的功能位点，并采用CO₂光甲烷化反应作为模型来探究反应物与活性位点之间的相互作用。实验和理论结果表明，碱性位点（Li、Na、K和Cs）的促进作用源于它们能够将CO₂活化为有效的双齿碳酸盐（b-CO₃*）物种。同时，引入的Ru物种能够促进H₂的异裂解，生成的H^δ?物种随后有效地将b-CO₃*中间体氢化为CH₄。基于这种对CO₂活化为b-CO₃*（以及H₂活化为H^δ?）的靶向作用，该催化剂在30,000 mL g_cat^?1 h^?1（2.6 W cm^?2的辐照强度下，实现了约77%的CO₂转化率和约97.7%的CH₄选择性，且运行稳定时间接近400小时。这项工作为CO₂的靶向活化提供了宝贵的见解，并为将其转化为高附加值化学品开辟了新的途径。

图形摘要

定制的CoAl氧化物被用于CO₂光甲烷化反应，以研究反应物与活性位点之间的相互作用。碱性位点（Li、Na、K和Cs）将CO₂活化为有效的双齿碳酸盐（b-CO₃*）物种，而Ru物种则促进H₂的异裂解，生成H^δ?物种，进而驱动b-CO₃*中间体连续氢化为CH₄。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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