离子半径调控金属分散度：揭示Cu-Zn催化剂表面元素分布对CO2加氢制甲醇性能的影响机制

本文聚焦金属-载体相互作用（MSI）在催化剂设计中的关键作用，通过系统研究Cu-Zn/MO（MO=Al2O3/CeO2/La2O3）体系中离子半径对表面元素分布的影响，发现La2O3载体因La3+较大半径（1.03 ?）促进Cu2+晶格掺杂，导致单位表面铜甲醇产率（13.44 gMeOH/gCu/h）显著高于Al2O3体系（11.20 gMeOH/gCu/h），为CO2催化转化催化剂设计提供了新视角。

　　

Highlight

我们的研究揭示了铜基催化剂中离子半径与表面元素分布的关键关联。通过合成Cu-Zn/MO催化剂系列，发现Ce⁴⁺（0.92 ?）和La³⁺（1.03 ?）的大离子半径使得Cu²⁺和Zn²⁺在沉淀过程中能嵌入CeO₂和La₂O₃晶格。相比之下，Al³⁺较小的离子半径（0.53 ?）促使Cu²⁺和Zn²⁺分布在催化剂表面，这一现象通过H₂-TPR、XPS和SEM-Mapping得到证实。

催化剂形貌元素分析

SEM图像显示，共沉淀法合成的Cu-Zn/MO系列催化剂表面均呈现均匀纳米颗粒（图S1），表明CuO和ZnO形成均匀混合纳米结构。XPS表征（图1a）显示Cu 2p轨道特征峰，进一步验证了表面元素分布差异。

结论

Cu-Zn/La₂O₃展现出最高的单位表面铜甲醇产率（13.44 gMeOH/gCu/h），而Cu-Zn/Al₂O₃具有最低活化能（22.85 kJ/mol）。该研究突破传统仅关注MSI的催化剂设计思路，强调表面元素分布调控的重要性，为CO₂氢化及其他气固相催化体系提供了新设计维度。