UV和可见光协同活化增强低温合成甲醇

如今，通过化学循环利用CO₂合成甲醇（MeOH）被认为是降低大气中CO₂含量和减少对化石燃料依赖的有前景的方法。因为MeOH可以容易地用作液体燃料和碳材料原料。然而，从CO₂转化为MeOH的反应在本质上受到热力学和高能耗操作条件的限制。虽然升高的温度有利于CO₂活化，但是由于反应的放热特性和较高温度下存在竞争性的反向水煤气变换（RWGS）反应，不利于合成MeOH。目前，工业上公认的Cu/ZnO/Al₂O₃（CZA）催化剂（Cu载量为30-70 at.%）在周转频率（TOF）和MeOH产率是活性最高的MeOH生产催化剂之一。CZA的优势在于ZnO促进了CO₂加氢相关中间体的稳定化。对Cu-ZnO催化剂的最新研究表明，Cu-ZnO界面可能为多种物种或中间反应提供活性位点。此外，Cu-ZnO强金属-载体相互作用（SMSI）被确定为在表面Cu(I)活性位点的创建和维持中起关键作用。研究发现，采用光辅助方法是增强HCOO*转化的一种有效方法。虽然采用光激发可以揭示热催化的低温平衡机制，但是电子激发与表面化学之间的潜在相互作用机制仍然难以捉摸。

基于此，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的Rose Amal和Jason Scott联合报道了一种结合的氧化锌（ZnO）带隙激发和铜（Cu）等离子体激发，可以协同促进在Cu/ZnO/Al₂O₃（CZA）催化剂的Cu-ZnO界面周围产生甲醇。但是，单个组分的选择性激发只会促进合成一氧化碳（CO）。伴随着表面Cu氧化态和Zn局部电子结构的变化，来自ZnO激发和Cu等离子体激发的电子可活化表面吸附物，促进催化关键的基本过程（即甲酸转化和氢分子活化），从而提供一种观察到的光热活性的解释。总之，这些观察结果提供了对在光热双重活化下CZA催化剂表面发生的关键基本过程的宝贵见解。