金属Cu纳米颗粒在金属氧化物载体上的分散增加了暴露的Cu位点和Cu金属-载体界面中心的数量，从而为CO₂加氢制甲醇提供了优异的催化性能。然而，由于纳米颗粒易于烧结，使得形成高分散的Cu纳米颗粒具有挑战性。

近日，日本东京大学Ryuji Kikuchi，茨城大学Shohei Tada报道了采用一种简单的沉积−还原技术，利用Cu掺杂的MgAl₂O₄（Mg_1-xCu_xAl₂O₄）成功制备了Cu纳米颗粒。

文章要点

1）研究发现，Mg_1-xCu_xAl₂O₄具有以下三种Cu²⁺物种：短O−Cu八面体配位[CuO₆]_s，长O−Cu八面体配位[CuO₆]_el以及四面体配位[CuO₄]_t。前两个出现在反尖峰型Mg_1-xCu_xAl₂O₄中，另一个出现在正常尖峰型Mg_1-xCu_xAl₂O₄中。

2）通过不同Cu²⁺物种还原能力的差异研究，研究人员阐明了它们的比例与Cu的负载量有关。对于低Cu负载量（x<0.3），Mg_1-xCu_xAl₂O₄主要含有[CuO₆]_s物种。当具有高Cu负载量（x≥0.3）时，[CuO₆]_el以和 [CuO₄]_t物种的比例增加。

3）实验结果显示，在制备的催化剂中，H2还原的Mg_0.8Cu_0.2Al₂O₄（x = 0.2)所暴露的金属Cu位点最多，因此具有良好的催化性能。因此，[CuO₆]_s的H2还原对于在金属氧化物上形成金属铜纳米颗粒至关重要。

参考文献：

Shohei Tada, et al, Development of CO₂‑to-Methanol Hydrogenation Catalyst by Focusing on the Coordination Structure of the Cu Species in Spinel-Type Oxide Mg_1-xCu_xAl₂O₄, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02868

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02868