CO₂是一种主要的空气污染物，如何高效地将其转化为乙醇或高级醇是多相催化领域面临的一大挑战，并引起了人们用于基础科学研究和商业应用的极大兴趣。

近日，美国布鲁克海文国家实验室Ping Liu，José A. Rodriguez报道了在ZnO(0001(—))衬底上共沉积Cs和Cu用于催化CO₂加氢合成甲醇和乙醇。比较了CS/Cu(111)，Cu/ZnO(0001(—))，Cs/ZnO(0001(—))和Cu/Cs/ZnO(0001(—))表面上的CO₂加氢反应。因此，可以分别研究Cs−Cu，Cu−ZnO，Cs−ZnO和Cu−Cs−ZnO界面的催化性能，这些界面的组分可以具有不同的氧化态和结构。

文章要点

1）研究人员使用催化测试、X射线光电子能谱(XPS)测量、密度泛函(DFT)计算和动力学蒙特卡罗(KMC)模拟等手段研究了这些结构精准表面的行为。XPS结果表明，从Cs/Cu(111)到Cu/Cs/ZnO(0001(—))催化剂的反应机理发生了明显的变化。Cs对C−C偶联的促进作用是Cs、Cu和ZnO组分协同作用的结果，从而在表面形成CH_x和CH_yO物种。

2）DFT和KMC模拟结果显示，Cs的沉积在Cu−Cs−ZnO界面引入了具有独特结构的多功能位点，特别是能够促进与CO₂的相互作用，从而主要通过甲酸盐途径合成甲醇。更重要的是，研究人员发现，Cs的沉积能够将CHO的结合调节到可以促进HCOOH通过甲酸盐途径分解为CHO，同时又可以进一步加氢为甲醇。

3）研究发现，对CHO结合的微调也可以使CHO对能够紧密地对齐，以促进C−C偶联，并最终促进乙醇的合成。

这项研究开辟了新的途径，以实现CO₂在应用广泛的低成本Cu基催化剂上高活性和选择性地转化为高级醇。

参考文献

Xuelong Wang, et al, Cesium-Induced Active Sites for C−C Coupling and Ethanol Synthesis from CO₂ Hydrogenation on Cu/ZnO(0001̅) Surfaces, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03940

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03940