人工光合作用下的可控甲醇生產因其高能量密度且易于儲存而備受歡迎。基于此，天津理工大學張志明教授，內蒙古大學張江威研究員（共同通訊作者）等人通過兩步陽極氧化策略和Sr誘導結晶工藝將單原子Fe注入TiO₂/SrTiO₃ (TSr)納米管陣列中。得到的Fe-TSr具有單一的Fe還原中心和主要的氧化面(001)，有助于高效CO₂光還原和水氧化，以控制CH₃OH和CO/CH₄的生成。

將催化劑全部浸入純水中，CH₃OH產率高達154.20 μmol gcat^-1 h^-1，選擇性為98.90%；當催化劑完全脫離水時，氣態產物CO/CH₄的產率為147.48 μmol gcat^-1 h^-1，選擇性> 99.99%。

該催化劑的CH₃OH產率是TiO₂和TSr納米管陣列的50倍和3倍，在所有最先進的催化劑中名列前茅。在光催化過程中，只需簡單地調節純水的量，就可以很容易地控制催化過程，CH₃OH的選擇性從98.90%到0%。

DFT計算結果表明，Fe-TSr具有很高的光催化活性，并且只需調節純水的量就可以很容易地控制產物。DFT計算可以定性地解釋不同反應體系（氣固/氣液固相）中CO₂還原選擇性催化路徑的機理，其中·OH和H₂O的豐度對促進CH₃OH的產生具有關鍵作用。這項工作為水介導的CO₂光還原可控地生產重要的化工原料CH₃OH提供了一個新的視角。

Water-mediated Selectivity Control of CH₃OH Versus CO/CH₄ in CO₂ Photoreduction on Single-Atom Implanted Nanotube Arrays. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202306906.

https://doi.org/10.1002/adma.202306906.