将CO₂催化加氢成甲酸是发展可再生储氢系统最有希望的途径之一。该反应通常在均相或非均相催化剂中在碱性分子存在下于水相中进行，生成相对稀的甲酸溶液（<1M）。

有鉴于此，工艺与高效节能产品国际实验室Vitaly V. Ordomsky和根特大学Mark Saeys等人，提出了一种新的Ru单原子催化剂，该催化剂以十六烷基三甲基铵（CTA）改性MCM-41为模板，以RuCl₃为金属前体制成。

本文要点

1）固体胶束概念的使用能够在材料中提供高含量的Ru，且活性部位分布均匀。新开发的催化剂是通过在碱性条件下水解RuCl₃制备的，其结果是将单个Ru原子掺入MCM-41的壁中，并通过CTA+表面活性剂使其稳定。

2）浓缩的甲酸盐溶液是由无水叔胺中的二氧化碳加氢直接产生的。在催化剂中，Ru(III)单位点在水解过程中被掺入MCM-41的壁中，从而形成固态胶束结构。在MCM-41的孔中存在CTA+表面活性剂可稳定Ru位点并防止催化剂失活。DFT建模表明，反应通过异解氢分裂进行，形成Ru-H物种，随后氢化物转移到二氧化碳。

3）这种新型催化材料结合了均相和非均相催化剂的优点，可以从二氧化碳中选择性合成甲酸盐。一方面，它可以在水溶液中存在强碱的情况下进行反应而不失活，得到高浓度的甲酸盐溶液(4 M)。另一方面，可以实现催化剂与反应产物的容易分离。

参考文献：

Qiyan Wang et al. Solid micellar Ru single-atom catalysts for the water-free hydrogenation of CO₂ to formic acid. Applied Catalysis B: Environmental, 2021.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120036

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120036