化石燃料的過度消耗會造成不可再生資源的短缺，其燃燒產生的二氧化碳（CO2）也會導致溫室效應等環境問題。因此，利用可再生的太陽能將CO2轉化為一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）等碳基燃料，可在解決環境問題的同時提出新的能源開發策略。

熱力學上，將CO2光催化還原為CO和CH4是一個吸熱反應，需要提供較多的電子和質子，打破C=O化學鍵以及形成C-H化學鍵。同時，蘊含更高能量的CH4是一種潛在太陽能燃料。然而，反應的高活化能、太陽能的低利用率和光生電荷的快速復合，仍是造成催化劑催化性能較低和產物選擇性較差的重要原因。

圖：相關論文摘要圖

中國科學院城市環境研究所賈宏鵬研究團隊通過簡易的沉積/沉淀法，制備以硫化鎘（CdS）為載體的高分散釕（Ru）單原子催化劑。通過催化劑調控Ru負載量，使其在全光譜照射下展示出較高的甲烷產物選擇性（97.6%）。Ru單原子的引入并未改變CdS的本質結構，但提高了催化劑對CO2的吸附量，促進光生電荷的分離效率，有利于CO2轉化為CH4。同時，該催化劑具有較好的光熱轉化性能，協同產生的光熱效應可有效提高催化性能，且未改變產物選擇性。該研究為提高太陽光利用率以促進催化活性提供新策略。

相關研究成果以Anchoring Single-Atom Ru on CdS with Enhanced CO2 Capture and Charge Accumulation for High Selectivity of Photothermocatalytic CO2 Reduction to Solar Fuels為題，發表在Solar RRL上。城市環境所博士生蔡松財為論文第一作者，研究員賈宏鵬為論文通訊作者。