Cux/MXene界面催化作用解析：CO2加氢制甲醇的活性位点与协同机制

本文聚焦Cu基催化剂在CO2加氢制甲醇（CH3OH）中的催化机制争议，通过密度泛函理论（DFT）系统研究了二维材料MXene负载Cux（x=1,3,10）的界面活性位点，揭示了Cu簇尺寸依赖性催化行为：Cu10/MXene凭借强界面CO2活化与高效H*供给成为最优催化体系，为高性能催化剂设计提供理论支撑。

　　

Highlight

MXene与Cu₁/MXene因CO₂活化能力弱而活性低下；Cu₃/MXene受限于O-H键断裂高能垒；Cu₁₀/MXene凭借界面强CO₂活化与Cu簇高效H供给（H₂解离能垒低、H迁移屏障小）展现优异性能，证明理想催化剂需兼具CO₂活化界面与H*传输铜簇。

Discussion

分子层面解析发现：MXene上H₂解离需1.90 eV高能垒导致氢源匮乏；Cu₁/MXene因HCOO（1.63 eV）、COOH（2.16 eV）形成及CO₂解离（4.06 eV）能垒过高难以氢化；Cu₃/MXene虽可活化CO₂但受O-H断裂限制；Cu₁₀/MXene通过界面-铜簇协同实现"双功能催化"。

Conclusion

MXene自身H₂解离困难；Cu₁/MXene各路径能垒过高；Cu₃/MXene受O-H断裂制约；唯有Cu₁₀/MXene通过界面活化CO₂与铜簇供H*的完美配合，实现低能垒高效催化，为CO₂-to-CH₃OH催化剂设计树立新范式。