李兰冬团队NSR：分子筛限域单核Cu离子高效催化CO₂选择加氢制甲醇

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通过可再生能源产生的氢气将CO₂选择还原生成甲醇是实现CO₂资源化利用与碳中和的可能途径，是当今的研究热点。产品甲醇即可作为液态有机氢载体，亦可作为平台化合物分子进一步转化为高值化学品。Cu/ZnO/Al₂O₃是以CO-CO₂为原料合成甲醇的经典工业催化剂，但其在纯CO₂加氢反应中性能欠佳，同时关于Cu活性位点认识存在极大争议，严重制约了此反应的进一步发展。
        近日，《国家科学评论》（National  Science  Review）刊登了南开大学最新研究成果“Zeolite-encaged mononuclear copper centers catalyze CO₂ selective hydrogenation to methanol”。南开大学化学学院柴玉超博士与秦斌博士为共同第一作者，李兰冬研究员为通讯作者。该研究团队设计构筑分子筛限域单核Cu离子（Cu@FAU；图1），利用Cu离子与分子筛骨架O形成的限域{Cu-O}Lewis酸碱对异裂活化氢分子进而完成CO₂加氢反应，在较低的温度条件下（~513 K）获得了优异的催化活性、甲醇选择性（89.5 %）以及催化稳定性，其综合性能在Cu基催化剂中处于顶尖水平，具备良好的工业应用前景。

图1. Cu@FAU分子筛结构与孤立Cu离子配位环境

        结合原位谱学、动力学分析与计算模拟，该团队阐明了CO₂逐步加氢制甲醇的微观反应路径，中间经历了-HCOO、-HCOOH、-CH₂O以及-CH₃O中间物种（图2）。本研究首次揭示分子筛限域的单核Cu离子即可催化复杂的CO₂选择加氢制甲醇反应，整个反应过程涉及三分子氢活化，分别是CO₂吸附辅助氢异裂活化、HCOOH吸附辅助氢异裂活化与CH₂O吸附辅助氢异裂活化。此研究结果为Cu基甲醇合成催化剂活性中心认识以及CO₂选择加氢催化剂设计提供了新的思路。
         该研究工作得到了国家杰出青年科学基金、南开大学百名青年学科带头人培养计划等项目资助。
         文章来源：南开大学
       李兰冬，南开大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。2006年获南开大学博士学位，2013年12月-2014年12月，在美国里海大学做访问学者。研究方向为催化材料。第一作者或通讯作者发表SCI论文80篇，其中，在Angewandte Chemie、Nature Communications、Advanced Materials、ACS Catalysis等权威期刊（IF>10）发表高水平论文12篇；主持国家及省部级科研项目12项，总经费720万元，其中包括国家优秀青年基金1项、国家自然科学基金青年/面上项目2项、中国石油化工股份有限公司委托开发项目2项。2014年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2016年入选天津市“131”创新型人才培养工程（第一层次），2017年获国家优秀青年科学基金资助。