ACS Catal.：華東理工大學二氧化碳加氫制甲醇Cu-ZnO-SrTiO3催化劑研究新進展

導讀

近日，華東理工大學-申能股份有限公司碳中和聯合實驗室主任劉殿華教授在二氧化碳加氫制甲醇銅基催化劑的製備方面取得了新進展，相關研究成果以“Hydrogenation of CO2 to CH3OH on the Cu-ZnO-SrTiO3 catalysts : the electronic metal-support interaction (EMSI) induces oxygen vacancies generation”爲題，發表在《美國化學會催化》雜誌上(ACS Catalysis, 2024,14,12610-12622)。

隨着化石能源的廣泛使用，溫室效應日益加劇，降低大氣中的二氧化碳濃度已成爲緊迫任務。將二氧化碳通過加氫反應制備綠色甲醇，不僅可以減少碳排放，還能進一步用於生產高附加值產品，具有顯著的經濟效益。目前，關於二氧化碳加氫制甲醇的研究主要集中在Cu基催化劑上。然而，對於Cu基催化劑的活性位點仍存在爭議，Cu與載體之間的協同效應也尚未得到明確解釋。該研究將一種具有鈣鈦礦結構的n型半導體材料SrTiO3作爲催化劑載體，採用沉積-沉澱法製備了不同Cu-Zn負載和Cu/Zn原子比的Cu-ZnO-SrTiO3催化劑，用於CO2加氫制甲醇。通過原位XPS、原位CO-DRIFTS、EPR和UV等表徵，證實了從載體到Cu上的電子轉移是Cu和載體之間金屬與載體間電子轉移（EMSI效應）的本質。這種電子轉移進一步促進氧空位的生成。由於金屬和載體的費米能級不同，因此兩者接觸會形成肖特基-莫特結，進而促進金屬與載體間電子轉移。EPR、CO2-TPD和催化活性實驗結果表明，載體（SrTiO3和ZnO）中的氧空位（Ov）增強了 CO2 的活化；H2-TPD 結果表明與載體接觸的Cuδ-物種促進了氫溢出，界面上的Cuδ-- Ov可能是催化劑的活性位點；原位XRD驗證了電子轉移越大，相應的銅顆粒直徑越小。這項研究爲合理設計出高效的二氧化碳加氫制甲醇催化劑提供了可能。

圖片說明：金屬與載體間電子轉移EMSI效應，氧空位促進CO2活化，Cuδ-促進氫溢出該項研究工作得到了上海市科學技術委員會和中央高校基本科研業務費的資助。化工學院博士研究生劉雅鑫爲論文第一作者，劉殿華教授爲論文通訊作者。原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c02289 來源：華東理工大學