傅强研究员团队提出金属-载体强相互作用形成的新途径

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近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心傅强研究员团队在金属-载体强相互作用（SMSI）研究方面取得新进展，基于CuZnAl合成甲醇催化体系中的表界面研究，提出形成SMSI状态的气相迁移新途径。
　　金属-载体强相互作用（SMSI）是多相催化中最重要的概念之一，是指在担载金属催化剂预处理或反应条件下，发生氧化物等载体组分包裹金属催化剂纳米颗粒的现象，对金属催化性能具有重要的影响。近年来，傅强团队在这一方向的研究取得系列进展，发现反应气氛可以有效调变和构建SMSI状态，形成氧化物/金属活性界面，并有效增强催化反应性能（J. Am. Chem. Soc. ，2020；J. Phys. Chem. Lett.，2021；J. Am. Chem. Soc.，2022；JACS Au，2023）。

　　迄今为止，关于SMSI形成机制包括界面合金化和表面迁移两个载体物种动态扩散途径。本工作中，研究人员通过分床层的方式将ZnO颗粒与纳米Cu颗粒分隔开，在微型反应管中构建了ZnO||Cu/Al2O3催化体系。研究发现，经450℃和CO2加氢气氛（0.5% CO2/H2）处理后，在Cu纳米颗粒表面上可以形成Zn氧化物（ZnOx）包裹层即Cu@ZnOx结构，在250℃和3MPa条件下甲醇的时空收率达到47.9mmol/gcat/h。表界面谱学和显微学表征证明，ZnO表面在含H2气氛中还原蒸发出Zn物种，通过气相迁移并沉积锚定到Cu表面上，进一步通过气氛中CO2的作用转变并形成ZnOx表面包裹层。在CO2加氢气氛下，通过这一气相迁移途径形成的Cu@ZnOx结构是自限制的，提高了ZnOx-Cu界面位点密度并增强Cu/Al2O3的催化合成甲醇活性。该工作证明了ZnO上Zn物种可以通过气相迁移途径实现Cu与ZnO之间的SMSI效应，揭示了一种构建氧化物-金属界面活性位点以及SMSI状态的新途径。
　　相关研究成果以“Enhanced Methanol Synthesis over Self-Limited ZnOx Overlayers on Cu Nanoparticles Formed via Gas-Phase Migration Route”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该成果的第一作者是我所502组博士研究生宋通源。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院碳中和光子科学中心等项目的资助。（文/图 宋通源）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202316888
       文章来源：大连化物所
       傅强，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1996年和2000年在北京理工大学分别获得学士和博士学位；2000年到2006年先后在德国马普学会金属研究所(Max Planck Institute for Metal Research)和Fritz Haber研究所(Fritz Haber Institute of the Max Planck Society)做博士后研究；2006年受聘到中国科学院大连化学物理研究所工作，2008年获中国科学院"百人计划"择优支持终期评估获优秀。现为催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，大连洁净能源国家实验室仿生能源材料与系统研究组组长。1999年获首届中国科学院奖学金；2000年获德国马普奖学金；2008年获首届中科院沈阳分院优秀青年学者奖；2011年获辽宁青年科技奖；2012年获得国家自然科学基金委优秀青年基金资助。