加州大学JACS：理论计算研究ZrO2-on-Cu反式结构催化剂的CO2加氢催化活性
纳米技术
由于大量使用化石燃料导致二氧化碳排放量大幅增加，这引发了人们的严重担忧，凸显将CO2转化为高附加值化学品的有效方法的重要性。有鉴于此，加州大学洛杉矶分校Philippe Sautet教授、Anastassia N. Alexandrova教授等报道一项关于Cu负载ZrO2的反式催化剂（ZrO2-on-Cu）对CO2加氢制备CH3OH的催化活性的理论计算，这个理论计算考虑Cu(111)表面上高度分散的ZrO2三聚体。
本文要点：
（1）
这样的ZrO2团簇具有大量的含甲酸根构型Zr3On(OH)m(OCHO)l，这使得对催化活性的评估具有非常大的挑战。研究发现，虽然各种催化剂构型的自由能和组成相似，但是对于甲酸的加氢反应的活性具有显著的区别。为了理解反应活性的差异，研究了自由能较低的催化剂构型的结构和电子性质，并确定了催化位点结合而改变的反应性甲酸根的最低未占据轨道的能量，能够作为甲酸加氢反应的反应能量的一个描述符。
（2）
使用这个描述符筛选了一系列催化剂结构，预测高活性的亚稳催化剂构型，并且计算甲酸加氢的反应路径以及过渡态。
通过这项研究，根据结构和电子特征，区分ZrO2/Cu反式催化剂上的活性位点和非活性位点以及甲酸根。这项研究的结果表明少见的亚稳结构控制催化活性。此外，开发了一种有效的方法能够研究大量不同催化剂结构同时存在时的反应性。
参考文献
Zihan Yang, Simran Kumari, Anastassia N. Alexandrova*, and Philippe Sautet*, Catalytic Activity of an Ensemble of Sites for CO2 Hydrogenation to Methanol on a ZrO2-on-Cu Inverse Catalyst, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.5c00848
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00848
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