英文原题：Modulating the electronic state of copper over Cu/ZnO/SBA-15 catalysts for boosting methanol synthesis from carbon dioxide

作者：Kun Jiang, Yunzhao Xu, Fenghai Cao, Baozhen Li, Xiaoyang Xu, Weihao Wang, Yu Tang, Lizhi Wu,* Li Tan*

01 论文信息

论文信息

Jiang K, Xu Y, Cao F, et al. Modulating the electronic state of copper over Cu/ZnO/SBA-15 catalysts for boosting methanol synthesis from carbon dioxide[J]. Green Carbon, 2025.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.11.003

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Modulating the electronic state of Cu over Cu/ZnO/SBA-15 catalysts for boosting methanol synthesis from carbon dioxide

中文解读原链接

Green Carbon文章 | 福州大学谭理教授：原子层沉积调控铜价态助力甲醇合成

02 背景简介

减少二氧化碳排放并将其转化为高价值化学品（甲醇、甲烷、高碳烃和芳烃等）是实现可持续发展的关键。其中，甲醇是一种易于储存的液体燃料且能够替代传统石油、天然气的清洁能源。因此，通过CO₂加氢制备甲醇是一种很有前景的绿色催化合成过程，不仅可以缓解二氧化碳的排放，还能够减少对有限化石燃料的依赖。然而，尽管近几十年来铜-氧化锌基体系被广泛用于甲醇合成，但活性铜物种的化学状态仍存在争议。研究表明，原子层沉积技术凭借对沉积材料精准调控的优势在诸多领域展露锋芒。因此，构筑结构清晰的铜基催化剂对研究甲醇合成过程中活性铜物种的电子状态非常重要。

基于此，福州大学谭理教授课题组于Green Carbon发表题为“Modulating the electronic state of copper over Cu/ZnO/SBA-15 catalysts for boosting methanol synthesis from carbon dioxide”研究论文，该工作利用原子层沉积技术设计了不同表面铜结构的催化剂，研究了表面铜物种电子状态对二氧化碳加氢合成甲醇产率的影响，揭示了铜阳离子（Cu^δ+和Cu⁺）的存在是甲醇产率提高的关键因素。

03 文章简介

在固定床反应装置上测试了催化剂CO₂加氢合成甲醇的催化性能（图1）。结果显示，Cu/50c-ZnO/SBA-15主催化剂展示出最高的CO₂转化率和甲醇产率。说明不同界面结构对催化剂的催化性能有显著影响。

图1. 催化剂的（a）CO₂转化率、产物选择性和（b）甲醇产率

铜的俄歇电子能谱显示，Cu/50c-ZnO/SBA-15主催化剂表面的铜阳离子（Cu^δ+、Cu⁺）物种比例最高（图2）。将活性与XPS结果相关联，发现甲醇产率与催化剂表面（Cu^δ++Cu⁺）/（Cu^δ++Cu⁺+Cu⁰）的比例呈正相关（图3）。因此得出结论，活性位点是铜阳离子而非金属铜物种。

图2. 铜的俄歇电子能谱

图3. 表面铜比例与甲醇收率的关系

总结及展望

通过原子层沉积技术在SBA-15载体表面构建不同表面结构的铜-氧化锌。其中Cu/50c-ZnO/SBA-15主催化剂在测试条件下可实现较高的甲醇收率。CO₂加氢过程催化活性与表面铜阳离子含量相关，而金属铜物种对活性的贡献很小。这项工作为CO₂绿色加氢合成甲醇中活性位点的鉴别提供了新的见解。此外，原子层沉积技术有潜力精准调控催化剂微观结构与配位环境，从而为进一步制备高活性和高稳定性催化剂奠定基础。

04 作者简介

谭理 教授

谭理，福州大学化学学院院长助理，教授，博导。世界化学工程联合会后备人才，福建省雏鹰计划青年拔尖人才，福建省高层次B类人才。研究方向为C1等低碳分子转化相关的工业催化反应过程中反应路线的设计、催化材料的合成及应用。主要包括合成气或CO₂加氢制备油品(汽油，柴油，航空燃油)及化学品(醇类、低碳烯烃、芳烃)，甲烷转化，烷烃脱氢等重要低碳资源利用相关化工反应新过程的研究，并与中海油、国家能源集团、中科合成油等企业开展长期合作。近5年开展独立工作以来，主持科技部重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目、区域联合基金子课题等项目10余项；在Nature Catalysis、JACS等期刊发表学术论文100余篇，担任Journal of Energy Chemistry客座编辑，《燃料化学学报》学术编辑，Journal of Energy Chemistry、Carbon and Hydrogen和《低碳化学与化工》青年编委。

05 Green Carbon

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