刘志博团队与合作者探究核辐射驱动的CH4与CO2合成乙酸

近日，北京大学、北大-清华生命科学联合中心刘志博教授团队与北京大学马丁教授团队合作在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Radiocatalytic Synthesis of Acetic Acid from CH4 and CO2”的研究工作。该工作利用电离辐射作为赋能方式，同时利用水辐解产生的氧化性羟基自由基(·OH)和还原性水合电子(e−aq)，实现了甲烷(CH4)与二氧化碳(CO2)的氧化还原偶联反应，在室温下合成了醋酸(CH3COOH)。结合前期辐射固氮的工作，该研究或为原始地球环境下生命起源和演变过程提供新的启发。

通过CH4和CO2的偶联反应合成CH3COOH，是一种高原子经济性的化学转化过程，有利于两种重要C1合成子的综合利用。然而，两者的高热力学稳定性导致该过程难以高效发生。电离辐射作为有待开发的赋能形式，可以在温和条件下辐解水，同时均匀产生氧化性羟基自由基·OH和还原性水合电子eaq-。

该工作将传统辐射化学与催化化学相结合，利用辐射合成的CuO/TiO2显著增加了纯水中CH4与CO2辐射偶联反应的能量转化效率。通过对气体比例、压强、反应时间等实验条件的优化进一步提高了反应的效率。并在催化剂循环实验中验证了辐射合成的CuO/TiO2具有良好的辐射稳定性。自由基捕获实验说明CuO/TiO2不仅能够增加辐射能量的沉积效率，提高水辐解活性物种的产额，还能够稳定二氧化碳自由基促进反应进行。

北京大学、北大-清华生命科学联合中心刘志博教授和马丁教授为该论文通讯作者，穆博帅博士、张瑜港博士和彭觅博士为论文共同第一作者。该工作得到了北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心、北京分子科学国家研究中心、昌平实验室、国家杰出青年科学基金、中华人民共和国科学技术部、北京市自然科学基金的资助。