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人工光合作用下的可控甲醇生產(chǎn)因其高能量密度且易于儲存而備受歡迎。基于此，天津理工大學張志明教授，內(nèi)蒙古大學張江威研究員（共同通訊作者）等人通過兩步陽極氧化策略和Sr誘導結(jié)晶工藝將單原子Fe注入TiO₂/SrTiO₃?(TSr)納米管陣列中。得到的Fe-TSr具有單一的Fe還原中心和主要的氧化面(001)，有助于高效CO₂光還原和水氧化，以控制CH₃OH和CO/CH₄的生成。

將催化劑全部浸入純水中，CH₃OH產(chǎn)率高達154.20 μmol gcat^-1?h^-1，選擇性為98.90%；當催化劑完全脫離水時，氣態(tài)產(chǎn)物CO/CH₄的產(chǎn)率為147.48 μmol gcat^-1?h^-1，選擇性> 99.99%。

該催化劑的CH₃OH產(chǎn)率是TiO₂和TSr納米管陣列的50倍和3倍，在所有最先進的催化劑中名列前茅。在光催化過程中，只需簡單地調(diào)節(jié)純水的量，就可以很容易地控制催化過程，CH₃OH的選擇性從98.90%到0%。

DFT計算結(jié)果表明，F(xiàn)e-TSr具有很高的光催化活性，并且只需調(diào)節(jié)純水的量就可以很容易地控制產(chǎn)物。DFT計算可以定性地解釋不同反應體系（氣固/氣液固相）中CO₂還原選擇性催化路徑的機理，其中·OH和H₂O的豐度對促進CH₃OH的產(chǎn)生具有關(guān)鍵作用。這項工作為水介導的CO₂光還原可控地生產(chǎn)重要的化工原料CH₃OH提供了一個新的視角。

Water-mediated Selectivity Control of CH₃OH Versus CO/CH₄?in CO₂?Photoreduction on Single-Atom Implanted Nanotube Arrays.?Adv. Mater.,?2023, DOI: 10.1002/adma.202306906.

https://doi.org/10.1002/adma.202306906.