Selektive CO2-Reduktion zu CH3OH über atomare Dualmetallstandorte, die in einem metallorganischen Gerüst mit hochenergetischer Strahlung eingebettet sind

Die effiziente Nutzung erneuerbarer X/γ-Strahlen oder beschleunigter Elektronen für die chemische Umwandlung von CO2 und Wasser zu Treibstoffen verspricht eine kohlenstoffneutrale Wirtschaft; jedoch sind solche Prozesse herausfordernd umzusetzen und erfordern die Unterstützung von Katalysatoren, die in der Lage sind, sekundäre Elektronensstreuung zu sensibilisieren und aktive Metallstandorte zu bieten, um Zwischenprodukte zu binden. Hier zeigen wir, dass atomare Cu-Ni-Dualmetallstandorte, die in einem metallorganischen Gerüst eingebettet sind, eine effiziente und selektive CH3OH-Produktion (~98%) über mehrere bestrahlte Zyklen ermöglichen. Die Nutzung praktischer Elektronenstrahlbestrahlung (200 keV; 40 kGy min-1) mit einem kostengünstigen Hydroxylradikalfänger fördert die CH3OH-Produktionsrate auf 0,27 mmol g-1 min-1. Darüber hinaus zeigen zeitaufgelöste Experimente mit Berechnungen, dass die direkte Erzeugung von CO2•‒ Radikalanionen durch Anlagerung von wässrigen Elektronen auf Nanosekunden-Zeitskala und kaskadierende Hydrierungsstufen stattfand. Unsere Studie hebt einen radiolytischen Weg zur Produktion von CH3OH mit CO2-Rohstoff hervor und führt eine wünschenswerte atomare Struktur ein, um die Leistung zu verbessern.