文章导读
如何突破二氧化碳转化的“死亡瓶颈”？武汉大学定明月团队最新研究带来颠覆性突破！面对CO₂与甲醇难以高效合成碳酸二甲酯的世界级难题，团队创新性提出“强吸电子晶格氧”催化机制，通过羟基化诱导构建Pt单原子嵌入催化剂，重构反应路径，使产率飙升至传统催化剂的6倍以上。这项发表于《德国应用化学》的研究，不仅破解了热力学与动力学双重限制，更开辟了CO₂高值化转化的新方向，为实现“双碳”目标提供关键技术支持。
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（通讯员许狄）近日，定明月团队在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）在线发表了CO₂化学固定制备碳酸二甲酯的研究成果，论文题目为“Strongly Electron‐Accepting Lattice Oxygen of CeO₂for Highly Efficient Dimethyl Carbonate Synthesis fromCO₂and Methanol”。武汉大学动力与机械学院教授定明月、顾向奎研究员、许狄副研究员为论文的共同通讯作者，博士研究生侯国强和硕士研究生张金喆为论文的共同第一作者，武汉大学动力与机械学院为唯一署名及通讯单位。
随着工业化进程不断深入，大气中CO₂等温室气体浓度持续攀升，引发一系列严峻环境挑战。在此背景下，将CO₂催化转化为高附加值化学品，正是衔接“绿色化工”与“双碳”目标的重要桥梁。其中，以CO₂和甲醇为原料直接合成碳酸二甲酯，不仅可协同转化温室气体与煤基下游产物甲醇，更具有环境友好、原子经济性高和过程安全等突出优势，展现出巨大的学术价值与工业潜力。然而，该技术受限于热力学非自发过程的限制和甲醇与CO₂难偶联的高动力学壁垒，碳酸二甲酯产率不足1%。然而，现有策略难以突破这些瓶颈，亟需开发新型催化体系以克服热力学与动力学的双重挑战，实现高产率碳酸二甲酯合成。
CeO₂强吸电子晶格氧的催化机制及作用
团队通过羟基化诱导Pt自发再分散策略，成功制备Pt单原子嵌入型CeO2催化剂（Pt1/CeO2–SO），重构晶格氧配位结构为Pt-*O-Ce，显著提升了其电子接受能力。这些强吸电子晶格氧促进了高活性*CO中间体生成，进而触发了一条热力学有利的*CH3O-*CO偶联制碳酸二甲酯的新合成路径。此外，这一针对晶格氧的电子修饰优化了催化剂的电荷分布，协同地调控了催化剂对CO2和甲醇的吸附活化，进而显著降低了*CH3O-*CO2偶联能垒，改变了CO2和甲醇直接合成碳酸二甲酯决速步，降低了整个反应的能垒，显著加快了CO2和甲醇直接合成碳酸二甲酯反应速率。优化工况后，Pt1/CeO2-SO催化剂表现出62.1 mmol/g的碳酸二甲酯产率，较传统催化剂提升6倍。本研究揭示了晶格氧修饰工程在革新碳酸二甲酯合成反应路径和协同优化反应物吸附活化中的关键作用机制，为甲醇升级与CO2资源化高效转化提供了理论指导和新的认识。
该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202523737
（供图：动力与机械学院 编辑：赵冀帆）
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这产率提升六倍，真是牛逼。