CO₂不仅是一种温室气体，而且是一种重要的碳源，可作为化石燃料的有前途的替代品。环境和能源危机都迫使研究人员探索如何有效地将二氧化碳转化为液体燃料和增值化学品。作为当今的工业化方法，由热能驱动的非均相CO₂加氢代表了一种潜在的策略，有助于缓解温室效应和减少对化石燃料的依赖。然而，由于CO₂分子的热力学稳定性和化学惰性，CO₂活化是CO₂加氢的先决条件。通过直接提高反应温度活化CO₂是不合适的，因为CO₂加氢成液态产物是一个放热过程，升高反应温度会降低CO₂的平衡转化率和目标产物的平衡选择性。因此，如何设计能够有效活化CO₂的催化剂，是进行CO₂加氢的关键科学问题。到目前为止，为了有效地活化CO₂，已经建立了各种各样的活性位点。这些活性部位包括台阶位点，合金，界面，取代，空位等，通常是破坏对称的，而不是完美的平坦表面。

有鉴于此，中国科学技术大学曾杰教授等人，提出了一种催化剂的设计原理，即构建对称破坏位点来活化非极性的CO₂分子。

本文要点

1）从电子性质的角度来看，在破坏对称的中心存在显着的电荷密度梯度，导致非极性CO₂的电子结构发生扰动，被吸附的物种发生极化。从吸附构型的角度来看，一个对称破坏位点会产生局部力矩，与对称位点相比，该转矩可使原子轨道更有效地重叠，从而使线性CO₂分子更容易弯曲。

2）对CO₂活化的方式进行了分类，并提出了构造对称破坏位点的设计原则。此外，从局部和全局结构的角度说明了如何构建破坏对称的位点。打破局域结构对称性的策略包括表面取代、表面吸附原子和表面空位。打破整体结构对称性的策略包括配体表面修饰，高折射率表面和相重构。未来还需要进一步改进，如定量描述符、C-C偶联功能、对其他非极性分子的适用性等。

参考文献：

Hongliang Li et al. Symmetry-Breaking Sites for Activating Linear Carbon Dioxide Molecules. Acc. Chem. Res., 2021.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00715

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00715