将CO₂高效催化还原为液体燃料在缓解和解决气候变化挑战中发挥不可或缺的作用。先前的研究集中在通过高温氢化进行CO₂还原，尽管使用氢气会增加成本和安全性问题。近来，CO₂的电还原引起了相当大的研究兴趣，但是，此过程需要很大的过电势，并且可能导致生成的化学物质分解。而利用太阳能进行的CO₂光还原提供了一种以化学燃料形式直接存储太阳能的有效方法。遗憾的是，尽管自1978年以来付出了巨大的努力，CO₂还原光催化剂仍存在稳定性差，太阳光可见光部分的效率低等问题。因此，在实际工作条件下对活性位点和转化机理原子级的了解是合理设计高性能光催化剂的前提。近日，阿贡国家实验室Yuzi Liu，Tijana Rajh等在大气压力下，原位操作条件下，通过扫描荧光X射线显微镜和环境透射电子显微镜研究，直接观察到单个Cu₂O光催化剂颗粒的（110）面对CO₂还原为甲醇具有光催化活性，而（100）面是惰性的。活性位点的氧化态由CO₂和H₂O的共同吸附而从Cu（I）变为Cu（II），并且在可见光照射下经过CO₂转换后又变回Cu（I）。Cu₂O光催化剂在还原CO₂时会氧化H₂O。作者还发现，由于CO₂吸附，Cu₂O晶格会膨胀，但其在CO₂转化后恢复。使用Cu₂O晶体进行无辅助wireless光催化CO₂还原为甲醇，其内部量子产率为〜72％。

Yimin A. Wu, Yuzi Liu*, Tijana Rajh*, et al. Facet-dependent active sites of a single Cu₂O particle photocatalyst for CO₂ reduction to methanol. Nature Energy, 2019

DOI: 10.1038/ s41560-019-0490-3

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0490-3