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在化学工业寻求可再生能源利用的当下，乙醇脱氢制乙醛备受关注。研究人员制备了 Cu/La2O2CO3-R 催化剂，发现其相比 Cu/La2O2CO3-P，活性和稳定性显著提升。该研究为优化催化剂性能提供新思路。
在当今追求绿色化学与可持续发展的时代浪潮下，减少二氧化碳排放成为全球共识。化学工业也在积极转型，逐渐将目光从传统的化石燃料资源转向可再生能源。生物质发酵产生的乙醇，作为一种极具潜力的平台分子，受到了广泛关注。其中，乙醇脱氢制乙醛这一反应更是成为研究热点。一方面，它为乙醛的获取提供了一种环境友好的替代途径，避免了传统从乙烯制备乙醛（Wacker 工艺）过程中的一些弊端；另一方面，乙醛作为重要的化工原料，在生产乙酸乙酯、过氧乙酸、季戊四醇等众多商业产品中发挥着关键作用。
然而，在探索乙醇脱氢制乙醛的道路上，科研人员面临着诸多挑战。目前已开发的各类 Cu 基催化剂，虽各具优势，但都存在一些难以忽视的问题。以二氧化硅基材料为载体的 Cu 基催化剂，因其广泛的应用而备受瞩目，却因 Cu 纳米颗粒（NPs）在苛刻还原反应条件下易烧结（Cu 的 Tamman 温度较低，仅为 406oC ），导致催化剂失活；同时，SiO2的弱酸性使得乙醛的选择性不尽人意。而碱性金属氧化物负载的 Cu 催化剂，虽能减少乙醇的脱水反应和乙醛的二次反应，但稳定性较差，容易因积碳和 Cu 烧结而快速失活，且相关研究较少，改善其稳定性成为一大难题。
在这样的背景下，国内研究人员开启了一项极具意义的探索之旅。他们聚焦于通过调控催化剂的形态来提升其催化性能这一方向，开展了以纳米棒状 La2O2CO3负载 Cu 纳米颗粒催化乙醇脱氢制乙醛的研究。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上，为解决现有催化剂的困境带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，采用水热法制备了 La2O2CO3纳米棒，为后续实验奠定基础；接着，通过沉积 - 沉淀法制备了相应的负载型 Cu 催化剂；最后，利用程序升温还原（TPR）技术对催化剂中 Cu 物种与载体之间的相互作用进行分析。
结构和织构性质研究
研究人员先通过水热法制备出 La (OH)3纳米棒，随后在空气氛围中使其不完全分解得到 La2O2CO3纳米棒。从 XRD 图谱可知，制备的 La (OH)3纳米棒和纳米颗粒均呈现出六方相 La (OH)3的特征衍射峰。
催化剂性能研究
研究人员对比了以 La2O2CO3纳米颗粒为载体的 Cu 催化剂（Cu/La2O2CO3-P）和以 La2O2CO3纳米棒为载体的 Cu 催化剂（Cu/La2O2CO3-R）在乙醇脱氢制乙醛反应中的性能。结果令人惊喜，Cu/La2O2CO3-R 催化剂展现出了更为优异的活性和稳定性。
性能提升原因探究
进一步研究发现，Cu/La2O2CO3-R 催化剂性能提升的原因主要有两点。其一，该催化剂拥有更多的中等碱性位点；其二，Cu 物种与 La2O2CO3纳米棒的 {110} 表面之间存在更强的相互作用。
协同机制研究
漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFT）研究揭示了载体与 Cu 物种之间的协同机制。在这个过程中，中等碱性位点参与乙醇的解离活化，而 Cu 物种则作为乙氧基中间体 C?H 键断裂和 H2释放的位点。这种协同作用使得催化剂的本征活性得到显著增强。
研究结论
此次研究成功制备了纳米棒状 La2O2CO3，并通过沉积 - 沉淀法获得了相应的负载型 Cu 催化剂。TPR 结果表明，Cu 物种与 La2O2CO3纳米棒之间的相互作用强于与纳米颗粒的相互作用。这使得 Cu/La2O2CO3-R 催化剂拥有更高的 Cu 分散度、更大的 Cu 表面积和更多的 Cu+物种，进而在乙醇脱氢制乙醛反应中表现出更优异的活性和稳定性。该研究不仅揭示了催化剂形态对性能的重要影响，还明确了载体与活性物种之间的协同机制，为未来设计和开发高效、稳定的催化剂提供了重要的理论依据和实践指导，在催化领域具有重要的意义，有望推动乙醇脱氢制乙醛工艺的进一步发展，助力化学工业朝着绿色、可持续的方向迈进。
