碱修饰微环境有助于铜单原子催化剂进行二氧化碳加氢

自工业革命出现以来，地球大气中二氧化碳(CO2)的积累引起了人们对环境和气候的严重关注。为了应对这一紧迫的挑战，通过直接加氢将CO2转化为化学品和/或燃料已成为广泛认可的、势在必行的减少CO2排放和化石燃料消耗的策略。

在用于CO2加氢研究的一系列催化剂中，铜(Cu)基催化剂因其在甲醇生产中的巨大潜力而​​受到越来越多的关注。然而，尽管Cu基催化剂表现出有前景的催化活性，但它们在CO2加氢中的实际应用面临着由于Cu基活性中心固有的还原和聚集倾向而产生的重大困难，特别是在升高的操作温度下。

这种还原和聚集的倾向可能会产生较大的Cu颗粒，从而降低CO2加氢活性并导致产生不希望的CO副产物。因此，这对同时实现所需的高催化活性和甲醇选择性造成了相当大的障碍，而这有利于大规模工业应用。

为了应对这些挑战，中国科学技术大学(USTC)姜海龙教授领导的研究小组提出了一种新策略，旨在在基于金属有机骨架的材料中固定和稳定单原子铜位点。通过在附近创造Na+修饰的微环境来催化剂。该工作发表在《国家科学评论》杂志上。

通过全面的实验和理论计算研究，他们揭示了单原子铜位点周围Na+修饰的微环境的重要性。即使在高达275°C的高温下，通过Na+和Hδ-物种之间的静电相互作用，这种微环境在CO2氢化过程中维持Cu位点的原子分散方面起着至关重要的作用。

单原子Cu位点的这种特殊的稳定作用赋予了催化剂优异的CO2加氢活性(306g·kgcat-1·h-1)、对甲醇的高选择性(93%)和长期稳定性。超过了缺乏Na+的同类产品。

这项工作不仅推进了用于选择性CO2加氢制甲醇的铜基催化剂的开发，而且还引入了一种通过创建紧密邻近的碱修饰微环境来在先进催化中制造稳定单原子位点的有效策略。