福州大學與復旦大學合作，構建低溫合成甲醇新催化劑

圖 單原子銅基催化劑的Cu₁-O₃準平面局部結構及其低溫合成甲醇催化性能

　　在國家自然科學基金項目（批準號：22172032、21902027、51701201、U19B2003）等資助下，福州大學譚理課題組與復旦大學劉智攀課題組等合作，在單原子催化CO₂加氫制甲醇方面取得進展。研究成果以“Cu₁-O₃物種在單原子Cu/ZrO₂催化劑中對CO₂加氫的作用（The role of Cu₁-O₃ species in single-atom Cu/ZrO₂catalyst for CO₂ hydrogenation）”為題，于2022年9月15日發表在《自然·催化》（Nature Catalysis）雜志上。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-022-00840-0。

　　將溫室氣體通過催化反應轉化為高附加值化學品是實現節能減排、資源循環利用的重要途徑之一。CO₂溫室氣體能否實現高效轉化關鍵在于高性能催化劑的設計研發。目前面臨最核心問題主要有兩個，一是大家對催化反應活性位點、反應機理的認識存在較大爭議，無法為合成高效催化劑提供有力指導；二是常規銅基催化劑反應溫度高，甲醇產物選擇性差且容易失活。

　　針對以上問題，該團隊設計了一種具有明確Cu₁-O₃準平面局部結構的單原子銅基催化劑，表現出優異的低溫合成甲醇催化性能（甲醇選擇性100%，TOF達1.37h^-1）和反應穩定性（圖）。原位高壓紅外光譜實驗以及理論計算結果表明，該反應遵循甲酸鹽加氫路徑，其中甲酸鹽氫化到甲氧基為反應的決速步驟；孤立銅位點為甲醇合成的有效活性中心，銅納米團簇或納米顆粒為逆水煤氣變換（RWGS）反應產生CO的活性中心，而較大尺寸的銅顆粒則不具有低溫活化CO₂的能力。

　　該研究進一步拓展了銅基單原子催化劑的應用范圍，為今后設計高效甲醇合成催化劑提供了有力的理論指導與支持。