【创新前沿】ACS Catalysis报道我校二氧化碳加氢制甲醇铜基催化剂研究新进展

近日，华东理工大学-申能股份有限公司碳中和联合实验室主任刘殿华教授在二氧化碳加氢制甲醇铜基催化剂的制备方面取得了新进展，相关研究成果以“Hydrogenation of CO₂ to CH₃OH on the Cu-ZnO-SrTiO₃ catalysts：the electronic metal-support interaction (EMSI) induces oxygen vacancies generation”为题，发表在《美国化学会催化》杂志上(ACS Catalysis, 2024,14,12610-12622)。

随着化石能源的广泛使用，温室效应日益加剧，降低大气中的二氧化碳浓度已成为紧迫任务。将二氧化碳通过加氢反应制备绿色甲醇，不仅可以减少碳排放，还能进一步用于生产高附加值产品，具有显著的经济效益。目前，关于二氧化碳加氢制甲醇的研究主要集中在Cu基催化剂上。然而，对于Cu基催化剂的活性位点仍存在争议，Cu与载体之间的协同效应也尚未得到明确解释。

该研究将一种具有钙钛矿结构的n型半导体材料SrTiO₃作为催化剂载体，采用沉积-沉淀法制备了不同Cu-Zn负载和Cu/Zn原子比的Cu-ZnO-SrTiO₃催化剂，用于CO₂加氢制甲醇。通过原位XPS、原位CO-DRIFTS、EPR和UV等表征，证实了从载体到Cu上的电子转移是Cu和载体之间金属与载体间电子转移（EMSI效应）的本质。这种电子转移进一步促进氧空位的生成。由于金属和载体的费米能级不同，因此两者接触会形成肖特基-莫特结，进而促进金属与载体间电子转移。EPR、CO₂-TPD和催化活性实验结果表明，载体（SrTiO₃和ZnO）中的氧空位（Ov）增强了CO₂的活化；H₂-TPD 结果表明与载体接触的Cu^δ-物种促进了氢溢出，界面上的Cu^δ-- Ov可能是催化剂的活性位点；原位XRD验证了电子转移越大，相应的铜颗粒直径越小。这项研究为合理设计出高效的二氧化碳加氢制甲醇催化剂提供了可能。

图片说明：金属与载体间电子转移EMSI效应，氧空位促进CO₂活化，Cu^δ-促进氢溢出

该项研究工作得到了上海市科学技术委员会和中央高校基本科研业务费的资助。化工学院博士研究生刘雅鑫为论文第一作者，刘殿华教授为论文通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c02289