A. 选择性光催化还原CO2为CH4的现状与挑战 通过使用光催化技术，利用H2O将CO2转化为具有较高经济价值的CH4被认为是一种实现“碳中和”的理想策略。并且在这一反应过程中，相比于H2和CO的生成而言，CH4的生成在热力学上是更加容易的，如反应式1-3所示。但是，在目前所报道的大多数光催化反应体系中，H2和CO的选择性是远高于CH4的选择性的。而这可能是由于H2和CO的生成是通过两电子转移反应完成，而CH4的生成是通过八电子转移反应完成的。以及，CH4生成时必须的甲酸盐中间体和CO中间体所需的能量势垒高于H2所导致的，如方程式1-4所示。因此，实现选择性光催化还原CO2为CH4是非常必要的但又是充满挑战的。
B. H2O分子在CH4选择性生成中所扮演的角色 通常，提升CH4选择性所采取的策略主要是通过调控CO2分子在催化剂表面的吸附强度与吸附构型来实现的。这主要是因为CO2的吸附和活化过程，通常被认为是诱导质子和CO2持续耦合以及抑制CH4生成所需中间产物脱附的决定性因素。H2O分子的活化作为光催化H2O还原CO2的重要组成部分。但是到目前为止，H2O分子与催化剂表面间的相互作用对于CO2还原产物的选择性的影响很少受到研究者关注。这是因为H2O在催化剂表面的吸附和活化过程通常被认为是CO2还原活性的决定性因素，而非CO2还原产物选择性的决定性因素。但是考虑到生成一个CH4分子，需要四个质子与一个CO2分子耦合。因此，可以推断出在光催化CO2还原时，充足的质子供应会有助于CH4的选择性生成。但是，如果催化剂表面上质子生成的速度非常快，或者是生成的质子具有非常高的移动性，那么质子与质子间耦合的可能性将会远高于质子和CO2间耦合的可能性（方程式1-4），最终会导致还原产物中生成较多的H2或者是CO。因此，控制H2O分子在催化剂表面上的吸附和活化，对于调控CO2还原产物的选择性来说也同样是十分重要的。然而，目前对于这一重要问题的研究却十分的少有。 基于上述考虑，诱导由H2O分子生成的质子与CO2分子的选择性耦合是实现选择性光催化还原CO2为CH4的关键。最近的研究表明，诱导H2O分子与催化剂表面之间形成分子间氢键，可以实现抑制质子间耦合后形成H2。更为重要的是，现在已经基本上证实分子间氢键有助于促进对CO2分子的吸附。因此，在H2O光催化还原CO2过程中，合理设计光催化剂表面以形成分子间氢键，是实现CH4选择性生成的有效方法之一。
原文链接Intermolecular hydrogen bond modulating the selective coupling of protonsand CO2 to CH4 over nitrogen-doped carbon layers modified cobalt. DOI: 10.1016/j.cej.2022.136585https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136585
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第一作者：博士生马敏智通讯作者：黄泽皑，周莹通讯单位：西南石油大学 周莹，教授，博士生导师，联系邮箱：yzhou@swpu.edu.cn。教育部青年长江学者、国家百千万人才工程人选、德国洪堡学者、日本JSPS邀请学者、四川省学术与技术带头人。长期从事碳基能源转换利用、氢能与硫化氢资源高值利用等研究工作，主持国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项课题、4项国家自然科学基金等多项项目，在Nature Communications、科学通报等国内外期刊发表论文160余篇，被引用7000多次，H因子51，2020年以来连续入选Elsevier中国高被引学者，授权国内外发明专利30多项。研究成果获得教育部自然科学奖二等奖、四川省自然科学奖二等奖、中国石油和化工自动化行业科学技术一等奖等，个人获得霍英东教育基金会青年教师奖二等奖、中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖、侯德榜化工科学技术青年奖等。兼任中国材料研究学会理事、中国可再生能源学会青委会副秘书长、中国感光学会青年理事等，是《Chinese Chemical Letters》《Processes》《天然气化工》等期刊编委。周莹教授课题组其他精彩的工作，欢迎大家访问课题组网址进行查看：https://www.x-mol.com/groups/zhou_ying