利用各种可再生能源将二氧化碳(CO2)转化为燃料为降低化石能源消耗和实现碳中和提供了一种有效的手段。在CO2还原产物中，甲醇(CH3OH)是一种易燃性低的液体，有望成为化石燃料的主要替代品之一。然而，CO2-CH3OH路线涉及六个电子和六个质子的转移，通常受到高动力学障碍和选择性低的限制。高效利用可再生X/γ射线或加速电子将CO2和水化学转化为燃料，有望实现碳中性经济，但这类过程需要能够敏化二次电子散射并提供活性金属位点以结合中间体的催化剂的协助。近日，南京航空航天大学马骏、巴黎大学萨克雷分校Mehran Mostafavi和北京大学翟茂林等利用高能辐射技术结合金属有机骨架材料基催化剂的原子工程，开发了一种不同于现有的热化学、电解和光解技术的催化策略，以将CO2高效转化为CH3OH。作为概念验证，研究人员利用60Co γ射线辐照含有CuNi SAs/UiO-66(Hf)催化剂的CO2饱和水溶液以在环境条件下有效生产CH3OH。当使用羟基清除剂时，甲醇的选择性达到98%，能量转换效率为1.5 × 10-7 mol J-1，打破了纯水辐射分解的自由基产率的限制；同时，UiO-66(Hf)基催化剂表现出抗γ射线性能，并在多次辐照循环中保持活性。性能测试结果显示，通过高剂量率电子束(200 keV；40 kGy min-1)辐照获得了显着的CH3OH产率(约0.27 mmol g-1 min-1)。此外，漫反射红外傅里叶变换光谱和密度泛函理论(DFT)计算表明，双原子金属位点由于其独特的捕获CO2•−阴离子的能力，使CO2•−被吸附在金属中心上形成C1中间体，减少了副产物的产生，从而提高了CH3OH的选择性。综上，该项工作开发了一种将单原子催化剂与辐解技术相结合的新型可控CO2还原技术，为CO2减排和可持续能源存储提供了一种有效的解决方案。Selective CO2 Reduction to CH3OH Over Atomic Dual-metal Sites Embedded in a Metal-organic Framework with High-energy Radiation. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-40418-3
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