具有三重界面结构的Pd–Fe–Zn催化剂协同催化作用，用于选择性地将二氧化碳加氢转化为乙醇

《ACS Catalysis》：Synergistic Catalysis over Pd–Fe–Zn with Triple-Interface Structures for Selective CO2 Hydrogenation to Ethanol

本研究开发PdFe/NaZnOx催化剂，通过动态三界面结构实现CO2高效活化与C-C偶联。实验表明催化剂时空产率达87.5 mg·gcat?1·h?1，乙醇选择性提升至20.2%。协同效应中Pd促进Fe3O4碳化形成Fe5C2，建立Pd-Fe5C2界面增强CO活化，Na修饰ZnO提供高吸附活性位点（0.125 mmol/g CO2）。DFT计算证实该结构可稳定中间CO并优化C-C耦合路径。

　　

将二氧化碳（CO₂）氢化为乙醇被认为是一种有前景的途径，既能回收碳资源，又能缓解全球变暖。然而，关键的科学挑战在于如何在多步骤级联催化过程中高效地协调CO₂的吸附/活化、中间产物的稳定/解离以及选择性C–C键的形成。在这项研究中，我们提出了一种含有空间耦合活性中心的PdFe/NaZnO_x催化剂，以增强级联催化效果。系统的表征和密度泛函理论（DFT）计算表明，该催化剂具有由Pd、Fe₃O₄和ZnO之间的协同作用驱动的动态三界面结构。这种独特的配置使得CO₂氢化为乙醇的时空产率达到87.5 mg·g_cat^–1·h^–1。机理分析表明，经过改性的NaZnO提供了主要的CO₂吸附位点（0.125 mmol/g），而Pd与Fe₃O₄协同作用，稳定了H₂和中间产物CO，使得非解离CO的活化效率比Fe/NaZnO_x提高了4.1倍。更重要的是，Pd促进了Fe₃O₄的原位碳化反应，生成了Fe₅C₂（转化率从46.7%提高到74.3%），并形成了Pd–Fe₅C₂界面，这些界面促进了*CO-*CH_{x键的形成。这种三界面结构使得H和CO中间产物能够高效转移，从而实现了20.2%的乙醇选择性，这一选择性是传统Fe/NaZnOx的3.8倍。这项工作强调了界面效应和金属-金属氧化物协同作用在优化C1中间产物稳定性和级联催化中的关键作用，为设计用于CO2氢化为乙醇的多功能复合催化系统提供了策略。}