CuOx/Cu(110)催化水煤气变换反应的理论研究：氧化态调控与界面协同效应

本文通过密度泛函理论（DFT）、平均场微动力学模型（MF-MKM）和动力学蒙特卡洛（kMC）模拟，系统研究了Cu(110)表面氧化态（CuOx）对水煤气变换反应（WGSR）的催化机制。研究发现，适度氧化的AR-41结构呈现火山型活性趋势，其界面协同效应显著提升CO直接氧化和H2生成效率，为铜基催化剂设计提供了理论依据。

　　

Highlight

CuO_x/Cu(110)催化水煤气变换反应（WGSR）的活性奥秘：当铜(110)表面披上氧化"外衣"，其催化性能会发生戏剧性变化！本研究通过理论计算揭开了不同氧化结构（如AR-41、AS-c62）的活性密码，发现适度氧化的AR-41结构宛如"催化黄金点"，其活性远超纯净铜表面。

Surface oxides on Cu (110) and thermodynamics analysis

铜(110)表面的氧化之旅：从纯净金属到Cu₂O(110)的相变过程中，会形成两种经典氧化结构——添加行(2×1)（AR-21）和进一步氧化的添加链c(6×2)（AS-c62）。这些由铜-氧链组成的结构就像纳米级的"氧化缎带"，沿着[110]方向优雅排列。热力学分析显示，在WGSR反应条件下，这些部分氧化相可能与纯净铜表面共存，形成神奇的协同催化界面。

Conclusions

理论研究发现：铜(110)表面的氧化程度与WGSR活性呈现有趣的"火山型"关系——就像烹饪火候，适度氧化（AR-41结构）时催化活性达到巅峰！机制研究表明，在氧化表面上，水分子解离不再是限速步骤，CO直接氧化和H₂生成反而成为"舞台主角"。更有趣的是，低氧化时羧基机制（carboxyl pathway）主导，而高氧化时氧化还原机制（redox mechanism）抢镜。这就像催化剂表面的"变形记"，不同氧化态会切换不同的反应剧本！