光催化CO2还原（CO2RR）为碳氢燃料有望缓解温室效应以及化石能源的枯竭，进而有助于社会的可持续发展。由于复杂的还原途径，CO2光还原产物包括一氧化碳(CO)、甲醇(CH3OH)和甲烷(CH4)以及多碳分子。
近日，中科大孙永福教授设计了一种贵金属掺杂的二维金属氧化物纳米片，实现了CO2选择性光还原为CH4。
文章要点
1）研究人员制备了Pd掺杂的CeO2纳米薄片，通过准原位X射线光电子能谱和原位电子顺磁共振光谱揭示了Pdδ+(2<δ<4)和Ce3+-Ov的活性中心。此外，D2O光解和脱附的原位傅里叶变换红外光谱证实了Pd-OD键的存在，这意味着Pdδ+中心可以参与水氧化以传递H*物种，从而促进中间体的质子化。此外，理论计算表明，Pd掺杂可以调节关键中间体CHO*和CH3O*的形成能垒，从而使CO2还原为CH4成为有利的过程。
2）实验结果显示，Pd掺杂的CeO2纳米片用于CO2光还原具有近100%的CH4选择性，甲烷产出速率提高了41.6 mol g-1 h-1。
本工作证实了贵金属掺杂可以通过加速水的活化来提高CO2光还原为CH4的选择性和活性，这为CO2光催化剂的设计提供了新的视角。
参考文献
Zhiqiang Wang, et al, Selective CO2 Photoreduction to CH4 via Pdᵟ+-assisted Hydrodeoxygenation over CeO2 Nanosheets, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202203249
https://doi.org/10.1002/anie.202203249
