界面催化劑在CO2加氫合成多碳產(chǎn)物方面展現(xiàn)出巨大潛力，其協(xié)同效應可有效促進C=O鍵活化與C-C偶聯(lián)。然而，在實際反應條件下可控構建此類界面仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
100%; visibility: visible; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">2025年10月30日，大連理工大學郭新聞、宋春山、張光輝、中國科學院上海高等研究院曾建榮在國際知名期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)表題為《Engineering the Cu(0)-Co2C Interface via Reaction-Induced Reconstruction for CO2 Hydrogenation to C2+ Hydrocarbons》的研究論文，Mingrui Wang為論文第一作者，郭新聞、宋春山、張光輝、曾建榮為論文通訊作者。
在本文中，作者通過反應誘導重構策略，成功構筑了Cu(0)-Co2C界面結構。在CO16px; line-height: 1.75em;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"span","attributes":{"mpa-font-style":"mheb259n1bj3","style":"font-size: 15px; font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;","data-mpa-action-id":"mheb30xerpg","data-pm-slice":"0 0 []"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"sub","attributes":{"style":"color: #000000;","leaf":","mpa-font-style":"mheb30wq1z85"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]">2加氫過程中，Co-Cu氧化物首先被還原為金屬態(tài)Co(0)與Cu(0)，隨后K助劑誘導Co(0)發(fā)生原位碳化生成Co2C，形成由外而內(nèi)的碳化機制，該過程可通過調(diào)控Co(0)-Cu(0)相互作用實現(xiàn)精準調(diào)節(jié)。
與Co(0)-Cu(0)雙金屬相比，優(yōu)化后的Cu(0)-Co2C界面催化劑在保持高催化活性的同時，將C2+烴類選擇性從約1%大幅提升至約60%，并在300 °C、3 MPa條件下實現(xiàn)了19.4 mmol g-1Co2C h-1的C2+產(chǎn)率，較K–Co2C參比催化劑提升了2.5倍。
該界面主要促進以CO*為中介的反應路徑，有效增強CH2*偶聯(lián)過程。
本研究系統(tǒng)揭示了Co-Cu催化劑在反應過程中的動態(tài)重構機制與界面協(xié)同效應，為構建原位演化的金屬-碳化物界面提供了理性設計思路，有望推動CO2高值化轉(zhuǎn)化技術的進一步發(fā)展。
圖1：K-CoaCubOx前驅(qū)體的結構表征。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的 FT-EXAFS 譜圖。(c) Co 2p 和 (d) Cu 2p 的 XPS 譜圖。圖2：未改性 Co5Cu5Ox 在 CO2加氫過程中的反應還原。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的原位 XANES 譜圖。原位 FT-EXAFS 譜圖的 k2-加權 χ(k) 的 (c) Co K-edge 和 (d) Cu K-edge 的小波變換分析。測試條件：CO2/H2/N2= 21/63/16，p=0.8 MPa。圖3：K-Co5Cu5Ox 在 CO2加氫過程中反應誘導的還原和碳化。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的原位 XANES 譜圖。(c) 原位 FT-EXAFS 譜圖的 k2-加權 χ(k) 的 Co K-edge 小波變換分析。(d) Co 2p 和 (e) C 1s 的原位 XPS 譜圖。測試條件：CO2/H2/N2=21/63/16，p=0.8 MPa。圖4：重構路徑與調(diào)控策略。(a) 基于不同階段 XPS 數(shù)據(jù)估算的 Co/Cu 原子比。(b) Janus Co(0)-Cu(0) 的 EDS 線掃描譜圖，該樣品通過 480 °C H2還原獲得。(c) Janus Co(0)-Cu(0) 在CO2加氫過程中的原位 XRD 圖譜。測試條件：CO2/H2/N2= 21/63/16，p=0.8 MPa。(d) Co–Cu 基催化劑在CO2加氫中反應誘導結構演變的示意圖。圖5：結構-性能關系研究。(a) K-CoaCubOx 催化劑的催化性能。(b) C2+烴的時空產(chǎn)率與 Co/Cu 比例的關系。反應條件：CO2/H2=1/3，300 °C 和 3.0 MPa。(c) 在操作條件下使用 Mo 靶收集的 K-Co5Cu5Ox 的 Operando XRD 圖譜。(d) 在反應氣體中為 K-Co5Cu5Ox 催化劑記錄的 300 °C 和 3.0 MPa 下的原位雙光束 IR 光譜。圖6：密度泛函理論（DFT）推導的能量圖和提出的反應路徑。在 K2O/Cu(0)-Co2C 表面：(a) 初始 CO2活化，包括氧化還原機制和 H-輔助機制。(b) HCOO* 的轉(zhuǎn)化，包括加氫生成 HCOOH* 和 H2COO，以及直接解離生成 HCO。(c) CO* 中間體轉(zhuǎn)化為 CHx* 物種的能量分布圖。C-C 偶聯(lián)生成 C2+烴：(d) CHx* 在 K2O/Co2C (101) 和 K2O/Cu(0)-Co2C (101) 模型表面偶聯(lián)生成 C2H4 的能量分布圖。綜上，作者提出了一種基于反應誘導重構策略構建Cu(0)-Co2C界面催化劑的全新思路，用于高效催化CO2加氫制備C2+烴類化合物。通過在反應過程中原位誘導Co-Cu氧化物還原與碳化，成功構筑出穩(wěn)定且協(xié)同效應顯著的Cu(0)-Co2C界面。該界面不僅有效抑制了傳統(tǒng)Co-Cu催化劑中甲烷化副反應的發(fā)生，還顯著提升了C-C偶聯(lián)效率，使C2+烴類選擇性從約1%躍升至59.2%，并在300 °C、3 MPa條件下實現(xiàn)了19.4 mmol g-1 h-1的時空產(chǎn)率，優(yōu)于大多數(shù)已報道的Co基催化劑。本研究系統(tǒng)揭示了Co/Cu比例、金屬遷移行為、表面碳化梯度及界面電子結構對催化性能的調(diào)控機制，并通過原位表征與密度泛函理論（DFT）計算明確了CO*介導的反應路徑及Cu(0)對Co2C的電子調(diào)控作用。該反應誘導重構策略不僅突破了傳統(tǒng)催化劑設計中對靜態(tài)結構的依賴，更為構建動態(tài)適應反應環(huán)境的金屬-碳化物界面提供了范式。Engineering the Cu(0)-Co2C Interface via Reaction-Induced Reconstruction for CO2 Hydrogenation to C2+ Hydrocarbons. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c15658.
