（通訊員：許狄）近日，定明月教授團(tuán)隊(duì)在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）在線發(fā)表了CO₂化學(xué)固定制備碳酸二甲酯的研究成果，論文題目為“Strongly Electron‐Accepting Lattice Oxygen of CeO₂ for Highly Efficient Dimethyl Carbonate Synthesis from CO₂ and Methanol”。定明月教授、顧向奎研究員、許狄副研究員為論文的共同通訊作者，博士研究生侯國強(qiáng)和碩士研究生張金喆為論文的共同第一作者，武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院為唯一署名及通訊單位。

       隨著工業(yè)化進(jìn)程不斷深入，大氣中CO₂等溫室氣體濃度持續(xù)攀升，引發(fā)一系列嚴(yán)峻環(huán)境挑戰(zhàn)。在此背景下，將CO₂催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，正是銜接“綠色化工”與“雙碳”目標(biāo)的重要橋梁。其中，以CO₂和甲醇為原料直接合成碳酸二甲酯，不僅可協(xié)同轉(zhuǎn)化溫室氣體與煤基下游產(chǎn)物甲醇，更具有環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)性高和過程安全等突出優(yōu)勢，展現(xiàn)出巨大的學(xué)術(shù)價值與工業(yè)潛力。然而，該技術(shù)受限于熱力學(xué)非自發(fā)過程的限制和甲醇與CO₂難偶聯(lián)的高動力學(xué)壁壘，碳酸二甲酯產(chǎn)率不足1%。然而，現(xiàn)有策略難以突破這些瓶頸，亟需開發(fā)新型催化體系以克服熱力學(xué)與動力學(xué)的雙重挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率碳酸二甲酯合成。

CeO₂強(qiáng)吸電子晶格氧的催化機(jī)制及作用

       定明月教授團(tuán)隊(duì)通過羥基化誘導(dǎo)Pt自發(fā)再分散策略，成功制備Pt單原子嵌入型CeO₂催化劑（Pt₁/CeO₂–SO），重構(gòu)晶格氧配位結(jié)構(gòu)為Pt-*O-Ce，顯著提升了其電子接受能力。這些強(qiáng)吸電子晶格氧促進(jìn)了高活性*CO中間體生成，進(jìn)而觸發(fā)了一條熱力學(xué)有利的*CH₃O-*CO偶聯(lián)制碳酸二甲酯的新合成路徑。此外，這一針對晶格氧的電子修飾優(yōu)化了催化劑的電荷分布，協(xié)同地調(diào)控了催化劑對CO₂和甲醇的吸附活化，進(jìn)而顯著降低了*CH₃O-*CO₂偶聯(lián)能壘，改變了CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯決速步，降低了整個反應(yīng)的能壘，顯著加快了CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯反應(yīng)速率。優(yōu)化工況后，Pt₁/CeO₂-SO催化劑表現(xiàn)出62.1 mmol/g的碳酸二甲酯產(chǎn)率，較傳統(tǒng)催化劑提升6倍。本研究揭示了晶格氧修飾工程在革新碳酸二甲酯合成反應(yīng)路徑和協(xié)同優(yōu)化反應(yīng)物吸附活化中的關(guān)鍵作用機(jī)制，為甲醇升級與CO₂資源化高效轉(zhuǎn)化提供了理論指導(dǎo)和新的認(rèn)識。

      該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA1504700）和國家自然科學(xué)基金（22273068、U22A20394、22308266和U21A20317）的支持。

       論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202523737

（編輯：許狄  審核：向昭）