近日，中國科學院大連化學物理研究所碳基能源納米材料研究組中科院院士包信和、研究員潘秀蓮團隊在合成氣轉(zhuǎn)化OXZEO反應活性調(diào)控機制方面取得新進展，揭示了雙功能催化劑金屬氧化物表面配位不飽和金屬位點對一氧化碳/氫氣（CO/H2）的活化轉(zhuǎn)化反應活性及路徑的調(diào)控原理。
圍繞OXZEO催化作用機制，科研人員在于金屬氧化物表面缺陷結構對于CO/H2的活化具有重要作用方面已經(jīng)取得共識，但是關于缺陷結構種類及其作用原理仍然缺乏認識。本工作中，團隊通過系統(tǒng)表征研究了具有尖晶石結構的ZnGaOx氧化物表面缺陷種類及含量，并與催化性能進行關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)表面富含配位不飽和金屬位點、氧空穴的氧化物催化CO/H2，調(diào)變反應沿表面乙酸鹽—乙烯酮通道，經(jīng)分子篩孔道轉(zhuǎn)化為低碳烯烴產(chǎn)品。與之相比，僅含有少量氧空穴和鋅空穴的片狀ZnGaOx尖晶石，傾向于生成甲烷等副產(chǎn)物。本研究深化了金屬氧化物催化活化CO/H2構效關系的認識，為進一步研制高性能OXZEO催化劑提供科學參考依據(jù)。
大連化物所揭示合成氣轉(zhuǎn)化中金屬氧化物表面活性位結構及其催化作用原理
包信和和潘秀蓮團隊于2016年提出金屬氧化物和分子篩耦合的納米復合雙功能OXZEO催化劑設計概念，實現(xiàn)了高選擇性地生成低碳烯烴C2=-C4=（Science，2016）。此后，團隊針對金屬氧化物、分子篩催化作用原理、雙功能匹配耦合機制開展大量系統(tǒng)研究，并取得系列進展（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；ACS Energy Letters ，2022等），為煤及其他碳資源的高效轉(zhuǎn)化利用提供了一個新技術平臺。團隊還拓展應用OXZEO催化劑至以二氧化碳為碳資源的直接轉(zhuǎn)化制高值化學品和燃料研究中，受到廣泛關注（Chem. Rev.，2021）。
相關研究成果以“Steering the Reaction Pathway of Syngas-to-light Olefins with Coordination Unsaturated Sites of ZnGaOx Spinel”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該論文的共同第一作者是大連化物所博士畢業(yè)生李娜、出站博士后朱義峰、焦峰副研究員。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、中科院先導專項、中科院青促會、大連市科技創(chuàng)新基金、遼寧省自然科學基金等項目的資助。
