中山大学苏成勇/张利/王大为团队J. Am. Chem. Soc.：客体金属阻隔策略精准构筑单原子合金用于光热催化二氧化碳甲烷化

将二氧化碳加氢转化为甲烷是实现人工碳循环和缓解温室效应的重要途径，但传统热催化条件苛刻、能耗大，新兴的光热协同催化在温和条件下同时实现高产率和高选择性仍具挑战。针对单原子合金在载体上精确构筑及其与载体协同作用这一核心科学问题，苏成勇/张利/王大为团队开发了一种“客体金属阻隔策略”。该策略利用不同金属前驱体间的氢键相互作用，将Pt、Pd等客体金属离子空间隔离并精准预吸附到二维卟啉金属-有机框架的锆氧簇节点上，经原位还原获得了一系列原子级分散、位置明确的单原子合金复合材料。其中，Pt1Ni-SAA/2D-Ni-PCN-222催化剂在常压、150 °C和可见光照射下，甲烷产率高达1206.5 μmol·gcat–1·h–1，选择性超过99%，性能优于传统单原子和纳米颗粒催化剂。机理研究表明，反应遵循串联路径：锆氧簇先将CO2还原为CO，随后Pt1Ni单原子合金将CO进一步氢化为CH4。单原子合金的引入延长了光生电子寿命，通过氢溢流效应提升反应动力学，密度泛函理论计算则阐明了CO加氢的决速步骤。该研究为温和条件下高效光热催化二氧化碳甲烷化提供了新策略。