HIT: одноатомный фотокатализатор Au1/CeO2 превращает CO2 в CH4 с селективностью 92%
В HIT закрепили одиночные атомы Au на нанолистах CeO2; изотопные данные показывают, что гидрирование CO2 до CH4 идёт не только через PCET.
Команда HIT создала фотокатализатор Au1/CeO2, закрепив изолированные одиночные атомы золота на нанолистах CeO2. По данным авторов, материал изменил путь гидрирования на обратный и обеспечил селективность 92% по CH4 в атмосфере CO2 и H2O dx.doi.org
dx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Экспериментальная работа опубликована в Science China Chemistry (dx.doi.org, DOI 10.1007/s11426-026-3523-3), сообщение о ней вышло 5 ноября 2026 года.
Исследование касается вопроса о механизме, остававшегося открытым: какой путь гидрирования определяет селективность при фотокаталитическом восстановлении CO2.
Почему трудно получить селективность по CH4
Превращение CO2 в CH4 требует переноса восьми электронов и восьми протонов, поэтому селективность обычно невысока dx.doi.org
dx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. В прежних работах фотокаталитическое восстановление CO2 до CH4 в целом считали идущим по механизму Элея–Ридила (E-R) через протон-сопряжённый перенос электрона (PCET). Авторы отмечают, что гидрирование CO2 может также включать механизм Ленгмюра–Хиншелвуда (L-H) с участием адсорбированных на поверхности частиц *H. Какой из двух механизмов на самом деле определяет селективность, оставалось неясным.
Два механизма на одном катализаторе
Результаты по кинетическому изотопному эффекту (KIE) показали, что две стадии гидрирования на Au1/CeO2 идут по разным механизмам. Превращение CO2 в *CO следует механизму E-R, а превращение *CO в CH4 — механизму L-H dx.doi.org
dx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Поэтому в заголовке работы сказано, что пути гидрирования не сводятся только к PCET.
Авторы связывают результат с более низкой свободной энергией Гиббса (∆G) гидрирования *CO и с регулируемым поведением гидролиза. В сумме это делает Au1/CeO2 более благоприятным для гидрирования *CO при достаточном поступлении *H.
В исследовании объединили in situ масс-спектрометрию, in situ ИК-спектроскопию диффузного отражения с преобразованием Фурье (DRIFTS) и расчёты методом теории функционала плотности (DFT). Они дополнительно показали, что сбалансированная подача *H играет ключевую роль в селективном образовании CH4 на Au1/CeO2 dx.doi.org
dx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Авторы считают, что работа даёт новое понимание пути гидрирования при фотосинтезе CH4.
