Nature子刊：Pd/CNT + ZnZrOx高效催化CO2加氢制甲醇

通常金属纳米颗粒或掺杂剂直接位于催化剂表面，以与氧化物上的活性位点产生界面协同作用，但由于向这些活性位点的氢传递不足，增强效果可能会受到影响。基于此，新加坡国立大学颜宁教授和Sergey M. Kozlov（共同通讯作者）等人报道了一种通过优化碳纳米管（Pd/CNT）负载的ZnZrO_x和Pd的集成，通过引入氢活化和传输功能来促进ZnZrO_x甲醇合成催化剂的策略。

对比传统的Pd促进ZnZrO_x催化剂，Pd/CNT + ZnZrO_x体系中的CNT将在Pd上活化的氢传递到ZnZrO_x表面的广泛区域，其增强系数为10，后者仅将氢转移到Pd邻近位点。在CO₂加氢制甲醇过程中，Pd/CNT + ZnZrO_x表现出极大的增强活性，是目前所报道的ZnZrO_x基催化剂中最高值，并且在600 h的流动测试中具有良好的稳定性。

通过DFT计算，作者从原子角度描述了Pd/CNT + ZnZrO_x中的氢溢出现象。在确定ZnZrO_x最稳定的模型后，作者研究了H在裸ZnZrO_x表面的吸附和移动。作者计算出ZnZrO_x表面的Zn-O对在所有表面位点中具有最低的H₂解离吸附能。由于ZnZrO_x超级单体含有两个Zn位点，能对两个H₂分子的顺序解离进行模拟。第一个H₂分子的解离是一个无障碍的步骤，反应能ΔG=-0.31 eV。较高的激活势垒（ΔG^a=0.71 eV）和反应能（ΔG=0.17 eV）削弱了第二个H₂分子的解离，表明在反应条件下未改性ZnZrO_x上的H覆盖率有限。

此外，H原子在ZnZrO_x表面的迁移率可忽略不计，O位点间扩散的势垒高达ΔG^a=1.18 eV，H原子从Zn向Zr原子迁移的势垒高达ΔG^a=1.51 eV。计算出ZnZrO_x表面Zr位点对H的稳定性比O位点低2.22 eV，表明直接负载的Pd纳米颗粒不能将活性H原子传递到ZnZrO_x的活性位点，因为H原子在氧化物表面的高扩散障碍阻碍了长距离的H溢出。对比裸ZnZrO_x，计算发现H可以通过Pd/CNT的溢出流畅地供应到ZnZrO_x表面的活性位点。

Engineering nanoscale H supply chain to accelerate methanol synthesis on ZnZrO_x. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36407-1.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36407-1.

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Nature子刊：Pd/CNT + ZnZrOx高效催化CO2加氢制甲醇

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