铁改性复合氧化物负载 CuOx催化剂：低温 CO2加氢高效制 CO 的关键突破

为解决高效催化剂用于逆水煤气变换（RWGS）反应以转化 CO2的问题，研究人员开展 Cu 基低温 RWGS 反应催化剂的研究。结果显示，CuOx/MgFeOx催化剂性能优异，为设计高效催化剂提供思路。

　　

一、研究背景

在实现碳中和的征程中，如何有效转化二氧化碳（CO₂）成为了科学界和工业界共同关注的焦点。CO₂作为主要的温室气体之一，其过量排放对全球气候造成了严重影响。而逆水煤气变换（RWGS）反应，能够将 CO₂转化为一氧化碳（CO），CO 可是可持续化学和燃料生产中至关重要的 C1 构建块，就像是搭建化学 “高楼大厦” 的基石。

然而，现有的 RWGS 反应催化剂在低温条件下，往往存在活性不足、CO 生成速率低等问题。这就好比一辆汽车在低温环境下启动困难，行驶速度还很慢。为了攻克这些难题，寻找高效的低温 RWGS 反应催化剂迫在眉睫，这不仅有助于缓解温室效应，还能为能源领域开辟新的发展方向。

在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具价值的研究，该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上。

二、研究方法

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过制备 Cu-Mg-Fe 层状双氢氧化物（LDHs），并以此为前驱体获得 CuO_x/MgFeO_x催化剂。其次，利用多种表征手段，如对催化剂的结构、表面物种等进行分析，以探究催化剂性能优异的原因。

三、研究结果

1. 催化剂的优异性能：研究制备的 CuO_x/MgFeO_x催化剂在低温 CO₂加氢反应中表现出色。在 400°C、重量空速为 360,000 mL g_cat^?1 h^?1的条件下，CO 产率达到 33.4%，CO 生成速率为 223.7 μmol g_cat^?1 s^?1 。这一成绩远超此前大多数报道的同类催化剂。
2. 性能优异的原因：通过研究发现，LDH 结构的形成功不可没。它促进了表面 Cu 物种与 MgFeO_x载体之间强烈的电子相互作用。并且，在反应过程中生成了与 Cu₂O 紧密相邻的 α-Fe 和 Cu₂O，证实了该催化剂高性能的来源。基于此，RWGS 反应遵循一种氧化还原机制，即 CO₂快速解离，随后被 H₂还原催化剂。
3. 组成对性能的影响：当体系中 Cu/Mg = 1 时，催化剂展现出高 CO₂转化率和 CO 选择性。这是因为大量的 Cu 成功掺入到 LDH 结构中，为反应提供了更多的活性位点。

四、研究结论与讨论

综上所述，该研究成功设计出了一种基于 Cu 的低温 RWGS 反应催化剂。这种 CuO_x/MgFeO_x催化剂凭借其优异的性能，为低温 CO₂加氢转化提供了新的解决方案。其研究意义重大，不仅为设计高效的 LDH 衍生低温 CO₂加氢催化剂提供了新的思路，还让人们对 RWGS 反应催化剂的设计和优化有了更深入的理解。利用常见的 Cu 和 Fe 作为金属组分，降低了成本，更具实际应用潜力，有望在未来的工业生产中得到广泛应用，为实现碳中和目标贡献力量。同时，该研究也为相关领域后续的研究奠定了基础，激励科研人员进一步探索更多高效的 CO₂转化催化剂体系。