在实现“双碳”目标和推动绿色能源发展的背景下，利用太阳能将二氧化碳和水直接转化为有价值的燃料（如乙烷）具有重要意义，但该过程通常反应缓慢且难以实现产物的选择性生成。
针对这一挑战，北京大学研究团队研发了一种具有高效光催化性能的新材料。他们设计了一种具有固定转角结构的新型二硫化锡催化剂，并在其上锚定单原子镍。这种结构能引发长程有序的自旋轨道耦合效应，从而在太阳光辐照下高效、高选择性地将二氧化碳转化为乙烷。
图1 转角二硫化锡新材料架构原理与表征
研究发现，材料的转角结构与其催化性能直接相关，引发的自旋轨道耦合效应有利于光生电荷快速分离，从而提升了光量子利用效率。更重要的是，研究揭示乙烷的生成遵循新的路径：非传统的两个碳原子在催化剂表面直接耦合，而是先形成甲基自由基而后发生自由基偶联反应。最终，该催化剂实现了乙烷光催化定向合成，生成速率高达139.58 μmol/(g•h)，同时达到近90%的电子选择性。
图2 材料界面上甲基自由基生成及乙烷合成新路径
文章信息：Zhaoli Liu, Yixuan Gao, Long Chen, Alistair GL Borthwick, Weiliang Sun, Peishen Li, Wen Liu*. Twist engineering induced spin-orbit coupling for photosynthesis of ethane from carbon dioxide and water. Nature Communications, 2026, 17, 2195. https://doi.org/10.1038/s41467-026-68901-7
