文獻快訊：Nat. Commun. 仿生LDH光催化劑實現光驅動CO?高效加氫制甲醇

【成果掠影 & 研究背景】

反向水煤氣變換（RWGS）反應是二氧化碳轉化制一氧化碳的關鍵過程，在化工和能源領域具有廣泛應用。然而，銅基催化劑在高溫或光熱條件下易發生不可逆燒結，導致活性下降，這限制了其實際應用。近年來，光熱催化技術通過利用光能降低反應活化能，為RWGS反應提供了新思路，但催化劑的長期穩定性仍是挑戰。

本研究開發了一種基于CuNiMgAl層狀雙氫氧化物（LDH）前驅體的羥基工程催化劑，通過熱還原制備出羥基錨定的超細CuNi雙金屬納米顆粒。該催化劑在光熱RWGS反應中表現出卓越性能：CO產率高達339.8 mmol g?1 h?1，選擇性達98%，且穩定性優異，在280小時連續測試和30天啟停循環中保持99%以上的初始活性。相比熱催化，光熱性能提升3.5倍。這項工作通過耦合動態羥基調控與等離子體激活機制，為設計抗燒結光熱催化劑提供了新范式。

【創新點 & 圖文摘要】

創新點：

• 采用LDH前驅體熱還原策略，構建羥基富集的載體，實現CuNi納米顆粒的均勻錨定，有效防止燒結。

• 引入親氧性Ni摻雜劑，增強CuNi雙金屬的羥基親和力，促進羥基配位Cu2?–Ni2?物種的形成，區別于傳統合金化方法。

• Ni摻雜優化Cu的電子結構，提升局域表面等離子體共振（LSPR）效應，增強光生熱載流子生成，驅動H?溢出過程。

• 光熱條件下實現動態羥基再生，通過H?溢出機制維持表面羥基覆蓋，確保催化活性位點的長期穩定。

• 結合原位光譜和理論計算，闡明羧酸鹽路徑為反應主導機制，Ni的引入降低CO?加氫能壘至1.23 eV。

• 催化劑在自然光照射下仍保持高效性能，展示了與實際可再生能源系統集成的潛力。

Fig. 1: 納米催化劑的合成方法及結構示意圖

Fig. 2: Ni促進劑在Cu中的作用及羥基化表面的確定

Fig. 3: CuNi納米催化劑的光熱CO?加氫性能

Fig. 4: 催化機制的光譜表征

Fig. 5: 羥基補充機制研究

Fig. 6: 基于DFT計算的催化機制分析

【總結 & 原文鏈接】

本研究成功設計了一種羥基工程修飾的CuNi雙金屬納米催化劑，通過Ni摻雜增強羥基錨定效應和等離子體激活，實現了光熱RWGS反應的高效穩定運行。催化劑在長時間測試中展現出近乎零衰減的活性，解決了Cu基材料燒結失活的難題。該工作為光熱催化系統的理性設計提供了新視角，強調動態表面調控與光熱協同的重要性，有望推動CO?轉化技術的實際應用。

原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65537-x

聲明：以上內容僅反映作者個人見解，鑒于作者學識所限，若存有不嚴謹之處，請后臺留言指正！

熱忱歡迎各位學術界同仁分享或提交關于光-熱-電能源利用、表界面化學的相關資訊、研究成果及文章，攜手共促領域的繁榮前行：grdn_connect@163.com (推廣合作同號)