on style="white-space: normal; line-height: 1.75em; box-sizing: border-box;">▲第一作者：李迪迪，徐放博士，唐璇，华东理工大学戴升教授通讯作者：华东理工大学徐至教授，美国里海大学Israel E. Wachs教授，华东理工大学朱明辉教授DOI: 10.1038/s41929-021-00729-4氢能在能源转型中扮演了重要角色，但经济、高效、安全的氢气储运技术已成为当前制约氢能规模应用的主要瓶颈之一。甲醇重整现场制氢为氢能的储运及氢燃料电池的供氢提供了一种方案。诸多催化材料中，铜基催化剂因价格低廉、活性高和一氧化碳选择性低等优点而得到广泛应用。随着基础研究的深入，人们已经意识到决定负载型铜基催化剂活性及稳定性的关键在于金属-载体界面（Energy Environ. Sci., 2019, 12, 3473-3495; Nat. Catal. 2019, 2, 955-970）。然而，工业催化剂结构在制备、活化和反应阶段都会存在动态变化过程，当前催化剂的设计思路主要聚焦于配方或制备方法的优化，难以对其中表界面结构演变的动态过程开展主动、定向和精准的调控。▲图1. 不同活化方式处理的商业Cu/ZnO/Al2O3催化剂的催化性能
要点1：与氢气活化的商业Cu/ZnO/Al2O3催化剂相比，诱导活化（氢气还原过程中加入一定比例的水/甲醇混合气）的催化剂具有更高的甲醇水蒸气重整制氢活性；要点2：氢气还原的催化剂在225°C的反应温度下缓慢失活，透射电镜分析发现主要失活原因是纳米铜颗粒的烧结；要点3：调节诱导活化的时间，可以优化反应性能，最终将商业Cu/ZnO/Al2O3催化剂的活性提高两倍、稳定性提升三倍。▲图2. 不同活化方式处理的商业Cu/ZnO/Al2O3催化剂的AC-STEM表征
要点1：氢气还原Cu/ZnO/Al2O3催化剂的过程中（300°C），加入一定比例的水/甲醇混合气（诱导活化）可以促进载体中的氧化锌物种向金属铜颗粒表面迁移（强金属-载体相互作用）；要点2：氧化锌物种的迁移程度随着诱导活化的时间而增加，60分钟的诱导活化处理会导致铜表面几乎被完全覆盖；要点3：氢气活化的催化剂虽然在随后的重整反应中也能发生强金属-载体相互作用，但推测相对较低的温度和还原势会造成该作用的动力学缓慢，难以匹配金属铜颗粒的烧结失活速率。▲图3. 不同活化的Cu/ZnO/Al2O3催化剂的电子状态
要点1：准原位X射线光电子能谱和原位一氧化碳漫反射傅里叶变换红外光谱揭示诱导活化后催化剂表面存在更多Cu+和Znδ+物种，表明Cu+-ZnOx界面位点增加；要点2：Cu+-ZnOx界面位点是反应的关键活性位，数量与迁移程度密切相关，可以通过控制诱导活化的时间实现界面位点数量的最大化。要点1：原位程序升温漫反射傅里叶变换红外光谱证明不同活化方法处理后的催化剂上甲醇重整制氢反应路径相同；要点2：密度泛函理论计算进一步证明了Cu+-ZnOx界面位点促进了甲氧基脱氢和水的解离；要点3：原位光谱和密度泛函理论计算证明了诱导活化的本质可能是通过吸附的甲醇分子促进了铜-氧化锌间的强金属-载体相互作用。本文创新提出工业催化剂的诱导活化策略，在不改变现有催化剂的前提下，通过优化活化工艺条件控制催化剂表界面的重构行为。发现在氢气还原商业铜锌铝催化剂过程中加入一定比例的水/甲醇混合气可以诱导载体中的氧化锌物种向金属铜颗粒表面迁移。铜-氧化锌界面这一关键活性位的构筑又与氧化锌的迁移程度密切相关，且可以通过调节诱导活化的时间实现界面活性中心数量的最大化。氢气活化的催化剂虽然在随后的重整反应中也能发生强金属-载体相互作用，但相对较低的温度和还原势造成该作用的动力学缓慢，难以匹配金属铜颗粒的烧结速率。相比于氢气还原，诱导活化方法可以将商业铜锌铝催化剂的活性提高两倍、稳定性提升三倍。徐至，华东理工大学化工学院教授、博士生导师。博士毕业于辛辛那提大学化学工程专业，随后在辛辛那提大学和牛津大学从事博士后研究。主要从事新能源领域相关的多孔离子传导膜、气体分离膜和新型制氢催化剂的设计制备研究工作。近年来在Nat. Catal.、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. Adv.、Adv. Funct. Mater.、J. Membr. Sci.等期刊发表SCI论文50余篇，并申请多项国内外发明专利。主持“国家海外高层次人才引进计划”青年项目等四项国家级项目，承担多项企业合作项目。担任《化工进展》和《膜科学与技术》编委，《Engineering》和《Advanced Membranes》青年编委。朱明辉，华东理工大学化工学院特聘教授、博士生导师。本科毕业于浙江大学化学工程专业，博士毕业于里海大学，随后在麻省理工学院从事博士后研究。主要研究方向为催化反应工程，致力于发展动态谱学辅助的工业催化剂多尺度设计方法。近年来在Nat. Catal.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、ACS Catal.、ACS Energy Lett.等期刊发表SCI论文60余篇，他引1700余次。主持国家自然科学基金面上和上海市青年科技英才扬帆计划等科研项目，获评上海市“千人计划”特聘教授、上海高校特聘教授（东方学者）、中国化工学会科学技术奖“基础研究成果奖”二等奖。担任《Chinese Chemical Letters》和《Transactions of Tianjin University》青年编委。https://www.nature.com/articles/s41929-021-00729-4
