降低地球大气中的CO₂水平是阻止环境进一步恶化的关键。利用可再生氢将二氧化碳转化为甲烷(绿色燃料)被认为是同时解决能源和环境挑战的极具潜力的最佳选择之一，尽管利用可再生资源生产氢也需要具有经济可行性。然而，这一过程需要昂贵的金属或复杂的有机金属，而且大多数金属不稳定，对甲烷的选择性差。

有鉴于此，塔塔基础研究所(TIFR)的Vivek Polshettiwar等人合作，利用缺陷工程方法，设计制备了一种不含金属配体的纳米催化剂，它能以优异的活性和稳定性催化二氧化碳转化为甲烷。

本文要点

1）他们证明了纳米氧化硅中的缺陷(E'中心、氧空位和非桥联氧空穴中心)可以以优异的产率和选择性将二氧化碳转化为甲烷。既不需要金属配体，也不需要复杂的有机配体，仅缺陷作为二氧化碳活化和氢解的催化位点，其协同作用将二氧化碳转化为甲烷。

2）与随时间失活的金属催化剂不同，含有缺陷的纳米氧化硅具有更好的稳定性。值得注意的是，催化剂可以通过简单的空气加热再生，而不需要氢气。令人惊讶的是，每个再生循环后，甲烷生产的催化活性显著增加，8个再生循环后甲烷产量达到最初的两倍多。这个活化的催化剂在200小时内保持稳定。

3）另外，还详细了解了不同缺陷位点的作用，包括它们的浓度，以及它们在活化CO₂和氢解离生成甲烷方面的协同性。

参考文献：

Amit K. Mishra et al. Defects in nanosilica catalytically convert CO₂ to methane without any metal and ligand. PNAS, 2020.

DOI: 10.1073/pnas.1917237117

https://doi.org/10.1073/pnas.1917237117