缺陷可能是好的有助于应对气候变化
大量使用化石燃料来推动工业过程和人类活动，导致大气中人为排放的 CO 2越来越多，超过了 400 ppm 的水平。大气中浓度极高的 CO 2对我们星球的气候系统造成了一系列负面影响。然而，CO 2可以成为合成有价值的化学品和燃料的战略碳资源。贵金属催化剂的报道很多，但由于其催化性能一般，成本高，其应用受到限制。在非贵金属催化剂家族中，铜基催化剂是用途最广的催化剂之一，在许多工业过程中具有良好的潜力。不幸的是，铜的低塔曼温度和由此产生的表面迁移导致纳米粒子在反应过程中烧结，限制了它们的活性和长期稳定性。
在这项工作中，由孟买塔塔基础研究所 (TIFR) 的 Vivek Polshettiwar 教授领导的研究团队 提出了一个问题，即如何利用强金属载体的概念提高铜催化剂的催化活性和稳定性相互作用(SMSI)和缺陷位点协同性?
他们报道了一种催化剂，其活性铜位点负载在氧化钛涂层的树枝状纤维状纳米二氧化硅 (DFNS/TiO 2 -Cu) 上，用于 CO 2到 CO 的转化。DFNS/TiO 2的纤维形态和高表面积允许Cu NPs活性位点更好地分散和高负载。该催化剂显示出优异的CO 2还原催化性能，CO产率为5350 mmol g −1 h −1(即53506 mmol g Cu −1 h −1)，优于所有铜基热催化剂。值得注意的是，DFNS/TiO 2-Cu10 对 CO 显示出 99.8% 的选择性，并且至少稳定 200 小时。Cu 和 TiO 2之间受缺陷控制的强金属-载体相互作用使铜纳米粒子牢固地固定在载体表面并赋予优异的催化剂稳定性。
EELS研究、原位漫反射红外傅里叶变换光谱、H 2 -程序升温还原、密度泛函理论计算和长期稳定性表明铜位点与Ti 3+位点之间存在强烈的相互作用， 这保证了活性铜位点的良好稳定性和分散性。原位研究提供了对缺陷位点(Ti 3+和 O 空位)在调整 SMSI 中的作用的见解。原位时间分辨傅里叶变换红外表明CO 2没有直接解离形成CO，而原位拉曼和原位UV-DRS研究表明，氧空位和Ti 3+中心的强度在将CO 2气体引入反应室后逐渐降低，并且在暴露于氢气时逐渐增加。这表明CO 2到CO的转化遵循氢辅助的氧化还原途径。
DFNS/TiO 2 -Cu 的出色催化性能和原位机理研究表明缺陷在调节强金属-载体相互作用方面的潜力。这种方法可能会导致使用各种活性位点和有缺陷的载体设计催化系统。
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