「国家杰青」王峰领衔！大连化物所罗能超/贾秀全最新JACS丨水微滴耦合ZnO实现甲烷重整制合成气！

背景：C1分子的活化与转化是可持续化学的重要方向。水微滴因气-液界面处的强局域电场具有独特氧化还原能力，能产生•OH和H•自由基分别用于氧化和还原反应，但两者易复合生成水，限制反应效率。研究目的：本研究旨在通过将水微滴与异质ZnO催化剂耦合，协同利用水微滴的正负电荷，实现甲烷干重整（CH₄ + CO₂ → 2CO + 2H₂）制合成气，提高C1分子的转化效率。结论：成功构建水微滴-ZnO耦合体系，CO生成速率较无ZnO体系提升4.5倍。ZnO能稳定H•自由基，抑制其与•OH复合，促进CO₂选择性还原为CO。通过同位素标记、EPR光谱及FT-ICR MS证实了•CH₃等关键中间体，DFT计算阐明了CO₂在ZnO表面逐步加氢经HCHO中间体转化为CO的机理。该策略成功拓展至纤维素、木质素等多种生物质的干重整，实现了从可再生资源高效制备合成气，为充分利用水微滴双极性电荷进行氧化还原反应提供了新范例。