UV和可見光協(xié)同活化增強低溫合成甲醇

      如今，通過化學(xué)循環(huán)利用CO₂合成甲醇（MeOH）被認為是降低大氣中CO₂含量和減少對化石燃料依賴的有前景的方法。因為MeOH可以容易地用作液體燃料和碳材料原料。然而，從CO₂轉(zhuǎn)化為MeOH的反應(yīng)在本質(zhì)上受到熱力學(xué)和高能耗操作條件的限制。雖然升高的溫度有利于CO₂活化，但是由于反應(yīng)的放熱特性和較高溫度下存在競爭性的反向水煤氣變換（RWGS）反應(yīng)，不利于合成MeOH。目前，工業(yè)上公認的Cu/ZnO/Al₂O₃（CZA）催化劑（Cu載量為30-70 at.%）在周轉(zhuǎn)頻率（TOF）和MeOH產(chǎn)率是活性最高的MeOH生產(chǎn)催化劑之一。CZA的優(yōu)勢在于ZnO促進了CO₂加氫相關(guān)中間體的穩(wěn)定化。對Cu-ZnO催化劑的最新研究表明，Cu-ZnO界面可能為多種物種或中間反應(yīng)提供活性位點。此外，Cu-ZnO強金屬-載體相互作用（SMSI）被確定為在表面Cu(I)活性位點的創(chuàng)建和維持中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，采用光輔助方法是增強HCOO*轉(zhuǎn)化的一種有效方法。雖然采用光激發(fā)可以揭示熱催化的低溫平衡機制，但是電子激發(fā)與表面化學(xué)之間的潛在相互作用機制仍然難以捉摸。

      基于此，澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）的Rose Amal和Jason Scott聯(lián)合報道了一種結(jié)合的氧化鋅（ZnO）帶隙激發(fā)和銅（Cu）等離子體激發(fā)，可以協(xié)同促進在Cu/ZnO/Al₂O₃（CZA）催化劑的Cu-ZnO界面周圍產(chǎn)生甲醇。但是，單個組分的選擇性激發(fā)只會促進合成一氧化碳（CO）。伴隨著表面Cu氧化態(tài)和Zn局部電子結(jié)構(gòu)的變化，來自ZnO激發(fā)和Cu等離子體激發(fā)的電子可活化表面吸附物，促進催化關(guān)鍵的基本過程（即甲酸轉(zhuǎn)化和氫分子活化），從而提供一種觀察到的光熱活性的解釋?？傊@些觀察結(jié)果提供了對在光熱雙重活化下CZA催化劑表面發(fā)生的關(guān)鍵基本過程的寶貴見解。

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