來源：《中國科學報》第3版 綜合
發(fā)布時間：2022-12-29
本報訊（見習記者孫丹寧）近日，中科院大連化學物理研究所研究員孫劍、副研究員俞佳楓團隊與德國卡爾斯魯厄理工學院教授Jan-Dierk Grunwaldt合作，利用雙噴嘴火焰噴射裂解法對經(jīng)典的銅-鋅-鋯三元催化材料結(jié)構(gòu)進行精細調(diào)控，并通過多種原位表征手段揭示了氧化鋅在二氧化碳加氫制甲醇反應體系下的結(jié)構(gòu)敏感性。此外，合作團隊還利用鋅鋯組分間的相互作用，制備了原子級分散的氧化鋅，證明了其是提高銅基催化劑反應性能的關鍵。相關成果發(fā)表于《德國應用化學》。
銅/氧化鋅是經(jīng)濟高效的二氧化碳加氫制甲醇的催化劑之一，氧化鋅在該體系中的作用機理是長期以來的研究熱點。只有利用原位表征技術，在反應過程中實時監(jiān)測鋅物種結(jié)構(gòu)的動態(tài)演變過程，才能得到具有指導意義的構(gòu)效關系。
孫劍團隊在前期單噴嘴火焰噴射法制備多種高效催化劑策略的基礎上，利用升級的雙噴嘴技術，對銅-鋅-鋯三元催化劑各組分間相互作用的程度進行了精細調(diào)控，在不改變銅和氧化鋯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的前提下得到了3種不同的鋅物種。隨后，通過原位X射線吸收光譜技術對鋅原子的局部配位結(jié)構(gòu)和高壓反應條件下鋅物種的動態(tài)演變機理進行了深入探究，并分別借助高壓和常壓紅外漫反射技術考察了不同鋅物種對反應中間體的吸附和轉(zhuǎn)化的影響。
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，可以明顯增強鋅和鋯組分間的相互作用，在反應條件的誘導下，氧化鋅發(fā)生再分散，進而在氧化鋯表面形成了原子級分散的鋅物種。此類鋅物種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，并明顯超越常規(guī)銅/氧化鋅界面和孤立的氧化鋅位點的催化性能，有效提高了甲醇選擇性和收率。
此項工作將為合理設計和精準調(diào)控多組分催化體系中的活性物種提供新思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202216803
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