几十年来，工业上用于CO2加氢制甲醇的Cu/ZnO/Al2O3催化剂的活性位点一直存在争议。在微观和光谱上表征结构、组成和化学状态表征方面仍然存在巨大挑战，并且描述催化剂在现实条件下出现的各种结构的内在活性时，完整的理论计算受到限制。基于此，中国科学技术大学路军岭教授、李微雪教授和韦世强教授（共同通讯作者）等人报道了利用原子层沉积（ALD）策略制备了一系列氧化锌（ZnO）在氢氧化铜（Cu(OH)2）上的逆模型催化剂，其中将ZnO的尺寸从原子分散的物种精确调整到纳米颗粒。实验测试发现，在CO2加氢反应中，优化后的反相ZnO/Cu催化剂表现出的甲醇时空产率（spacetime-yield, STY）为877 gMeOH kg-1 h-1，在493 K时选择性约为80%，比Cu本身高出274倍，与最先进的Cu/ZnO/Al2O3催化剂性能相当，体现了添加Zn物种的显着促进作用。通过原位X射线吸收光谱（XAS）研究了在高压CO2加氢过程中原子分散的ZnO在Cu(OH)2上的结构演变，并表明Zn物种倾向于形成缺氧的ZnO聚集体，而不是CuZn合金。密度泛函理论（DFT）和微动力学模拟进一步表明，与单独的Cu、CuZn合金和化学计量氧完全封端的ZnO/Cu界面相比，氧空位ZnO1-x/Cu界面对甲醇生产具有更高的本征活性，其中甲醇形成优先通过甲酸途径，而不是逆水煤气变换（RWGS）反应，然后是CO加氢。In Situ Spectroscopic Characterization and Theoretical Calculations Identify Partially Reduced ZnO1-x/Cu Interfaces for Methanol Synthesis from CO2. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202202330.
https://doi.org/10.1002/anie.202202330.
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