Cu/ZnO是經(jīng)濟(jì)高效的二氧化碳加氫制甲醇的催化劑之一，ZnO在該體系中的作用機(jī)理是長(zhǎng)期以來的研究熱點(diǎn)。然而，ZnO結(jié)構(gòu)容易在反應(yīng)過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，目前研究?jī)H基于不同的反應(yīng)氣氛和催化體系建立ZnO結(jié)構(gòu)的研究模型，但難以獲得真實(shí)反應(yīng)條件下Zn物種精細(xì)的局部配位結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵催化作用的有效信息。因此，我們需要利用原位表征技術(shù)，在反應(yīng)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Zn物種結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演變過程，才能得到具有指導(dǎo)意義的構(gòu)效關(guān)系。
近日，中科院大連化物所的孫劍研究員、俞佳楓副研究員團(tuán)隊(duì)與德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院Grunwaldt教授等合作，以經(jīng)典的銅-鋅-鋯三元催化材料為研究對(duì)象，首次利用升級(jí)的雙噴嘴技術(shù)（DFSP）在不改變銅和氧化鋯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的前提下得到了三種不同的鋅物種；通過原位X射線吸收光譜技術(shù)對(duì)鋅原子的局部配位結(jié)構(gòu)和高壓反應(yīng)條件下鋅物種的動(dòng)態(tài)演變機(jī)理進(jìn)行了深入探究；分別借助高壓和常壓紅外漫反射技術(shù)考察了不同鋅物種對(duì)反應(yīng)中間體的吸附和轉(zhuǎn)化的影響，揭示了不同Zn物種在反應(yīng)氣氛下的結(jié)構(gòu)敏感性。
研究發(fā)現(xiàn)，將鋅鋯前驅(qū)體和銅前驅(qū)體分開在不同的噴嘴中，可以明顯增強(qiáng)鋅和鋯組分間的相互作用，在反應(yīng)條件的誘導(dǎo)下，ZnO發(fā)生再分散，進(jìn)而在氧化鋯表面形成了原子級(jí)分散的鋅物種。 結(jié)合原位紅外和DFT計(jì)算，準(zhǔn)單原子鋅與銅之間形成了高活性界面，可抑制中間體分解為副產(chǎn)物一氧化碳，降低氫活化的能壘，明顯超越常規(guī)銅/氧化鋅界面和孤立的氧化鋅位點(diǎn)的催化性能，有效提高了甲醇選擇性和收率。此項(xiàng)工作將為合理設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)調(diào)控多組分催化體系中的鋅物種提供了新思路。 論文信息 Probing the Nature of Zinc in Copper-Zinc-Zirconium Catalysts by Operando Spectroscopies for CO2 Hydrogenation to Methanol Meng Yang, Dr. Jiafeng Yu, Dr. Anna Zimina, Dr. Bidyut Bikash Sarma, Dr. Lakshmi Pandit, Prof.?Dr. Jan-Dierk Grunwaldt, Ling Zhang, Prof. Hengyong Xu, Prof.?Dr. Jian Sun 該文章的第一作者是中科院大連化物所DNL1905組博士研究生楊蒙 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202216803
