Cu-ZnO-BaTiO3催化剂中Cu原子d带中心上移机制及其对CO2加氢制甲醇的催化性能调控

本文聚焦Cu基催化剂在CO2加氢制甲醇反应中的电子金属-载体相互作用（EMSI）机制，通过原位XPS和CO-DRIFTS表征发现：载体能带结构调控电子转移方向，诱导配位不饱和Cu0阶梯位点形成，进而上移Cu的d带中心（d-band center），增强H2吸附活化能力（H2-TPD验证），最终提升催化活性。该研究为设计高效CO2转化催化剂提供了电子结构调控新策略。

　　

Highlight

CO₂在Cu-ZnO-BaTiO₃催化剂上加氢制甲醇的过程中，电子金属-载体相互作用（EMSI）诱导了Cu原子d带中心的上移现象。

Materials

实验采用高纯度原料：钛酸钡（BaTiO₃，99.9%）、氧化锆（ZrO₂，98.0%）、氧化铝（Al₂O₃，99.9%）等，所有试剂均来自知名供应商，确保实验可靠性。

Catalyst preparation

通过沉积沉淀法制备了Cu-ZnO-BaTiO₃系列催化剂，其中ZnO/(ZnO+BaTiO₃)=36.5 wt%时性能最佳。XRD显示CuO和ZnO高度分散在BaTiO₃表面，载体与活性组分间存在显著相互作用。

Results and discussion

• 载体能带结构决定电子转移：n型半导体BaTiO₃向Cu转移最多电子，形成大量配位不饱和Cu⁰阶梯位点

• d带中心上移效应：原位XPS和CO-DRIFTS证实该现象增强H₂吸附（H₂-TPD验证）

• 催化性能提升：d带中心上移幅度与甲醇产率呈正相关，最优催化剂CO₂转化率提升37%

Conclusion

本研究揭示了载体能带结构通过EMSI调控Cu电子态的机制，证明配位不饱和Cu⁰位点是d带中心上移的关键描述符，为CO₂资源化利用提供了催化剂设计新范式。