马克斯·普朗克学会 双金属铜-锌纳米粒子将一氧化碳、二氧化碳和H2转化为甲醇
信用:FHI/科尔杜斯 目前通过温室气体CO2的氢化进行的甲醇商业生产依赖于由铜、氧化锌和氧化铝组成的催化剂
尽管这种催化剂已经在化学工业中使用了几十年，但未知因素仍然存在
马克斯·普朗克学会弗里茨-哈伯研究所接口科学部、鲁尔大学波鸿分校、斯坦福线性加速器中心(SLAC)、FZ·朱立希和布鲁克海文国家实验室的一组研究人员现已阐明了复杂纳米催化剂工作时有趣的催化活性和选择性趋势的来源
特别是，他们揭示了氧化物载体的作用，并揭示了与铜密切接触的微量氧化锌如何影响甲醇的生产
甲醇可用作能源或生产其他化学品的原料，年产量超过6000万公吨
传统的铜、氧化锌和氧化铝催化剂将由H2、一氧化碳和二氧化碳组成的合成气转化为甲醇
虽然可靠，但这种特定催化剂的效率会随着时间的推移而变化，从而影响其寿命，就像许多催化剂一样
“因此，我们研究了各种氧化物载体上的铜和混合铜-锌纳米粒子，以了解它们如何相互作用和演变，并阐明每种催化剂成分的作用
这些知识将有助于改进未来的催化剂
这项研究的主要作者之一努利亚·希门尼斯·迪维思说
研究小组在真实的反应条件下研究了催化过程，重现了工业过程中应用的条件，即高压(20-60巴)和温和的温度
这需要同步加速器产生的x光辐射
西蒙·R
参与实验的斯坦福同步辐射光源的Bare解释说:“在如此高的温度和压力下的反应需要在一个封闭的容器中进行，该容器对x光也应该是透明的，这使得测量具有挑战性
特殊的反应堆设计与同步辐射相结合，使我们能够进行所谓的操作测量，在那里我们可以实时观察在工业相关的反应条件下催化成分发生了什么
“这使得研究人员不仅可以跟踪催化剂的诞生和死亡，还可以跟踪它的发展和转化，从而改变其活性和选择性
通过结合显微镜、光谱和催化测量的结果，研究小组发现一些载体对催化剂的性能有更积极的影响，因为它们与锌碳氧化物相互作用，锌碳氧化物作为铜锌纳米颗粒的一部分以高度稀释的方式存在
在氧化硅载体上，氧化锌在催化过程中被部分还原成金属锌或生成黄铜合金，随着时间的推移，这被证明对甲醇生产是有害的
当使用氧化铝作为载体时，锌与载体强烈相互作用并结合到其晶格中，导致对二甲醚的反应选择性发生变化
“这是一个有趣的发现”，该研究的另一位主要作者大卫·科尔杜斯说
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FHI界面科学系的学生
“我们现在知道载体材料的选择对催化剂活性组分的行为和动态适应反应条件有影响
特别是锌的氧化态受其影响很大，这应该在未来的催化剂设计中加以考虑
" 发表在《自然通讯》上的这项工作表明，氧化锌不需要作为载体的一部分，但即使以高度稀释的形式作为纳米粒子催化剂本身的一部分，它仍然具有有益的功能
这将有助于更好地阐明甲醇合成催化剂，并有可能改善这一重要工业过程的催化剂
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