化石燃料的过度消耗导致了大气CO2浓度的不断增加，这对地球生态系统造成不可避免的破坏。为了解决这一问题，研究者们不断开发新的技术，其中将CO2转化为高附加值化学品是其中最具吸引力与潜力的技术之一。与CO2还原策略相比，直接热催化CO2转化为高附加值的有机物在大规模工业生产中更具竞争力和可行性，例如CO2可与CH3OH直接合成制备碳酸二甲酯（DMC）。作为一种绿色、无腐蚀性、经济价值高的分子，DMC可广泛用作芳香族化合物的甲基化剂、合成聚碳酸酯的中间体以及锂离子电池电解质。
由于其具有热力学稳定性和动力学惰性， CO2的有效活化和利用仍然是一个挑战。之前的研究表明，催化剂活性位点的调控，对于提高催化效率至关重要。鉴于CO2中的O原子具有孤对电子，而C是亲电子的，构建可以同时充当电子供体和受体的路易斯酸碱位点来促进CO2活化是大有可为的。
近日，中国科学技术大学的谢毅教授、张晓东教授团队以超薄Cu2O/Cu面内异质结构为模型体系，提出一种面内异质结构策略来构建路易斯酸碱位点，从而实现高效的CO2活化。受益于独特的几何结构，二维超薄面内异质结构可以提供丰富且完全暴露的界面作为分子活化的反应位点。理论模拟表明，异质界面处具有局域增强的电荷密度可以作为路易斯碱位点，为CO2的C原子提供电子；同时配位不饱和的铜原子可以作为路易斯酸位，接受CO2中O原子的电子，最终使得吸附的 CO2分子不再具有线性对称性，从而降低了活化能垒。此外，与Cu2O纳米片相比，Cu2O/Cu界面具有更强的CO2吸附能力。 作者通过高分辨、选区电子衍射等表征手段，验证了溶剂热合成的超薄Cu2O/Cu纳米片上存在丰富的面内异质结构界面。为了阐明反应的机理，选用原位红外光谱和准原位光电子能谱，证实了CO2在Cu2O/Cu纳米片表面上活化后的主要活性物种为•CO2–。得益于异质界面上丰富的路易斯酸碱位点，Cu2O/Cu纳米片在温和条件的DMC生成反应上表现出高效的催化性能（28%的高转化率和接近100%的选择性）。 这项工作不仅为设计有效的CO2活化催化剂提供了实用的方法，而且对CO2的固定机制提供了独特的见解。 论文信息： Ultrathin in-plane heterostructures for efficient CO2 chemical fixation Sen Jin, Wei Shao, Shichuan Chen, Lei Li, Shu Shang, Yan Zhao, Xiaodong Zhang, Yi Xie Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202113411
