界面催化剂在CO2加氢合成多碳产物方面展现出巨大潜力，其协同效应可有效促进C=O键活化与C-C偶联。然而，在实际反应条件下可控构建此类界面仍面临严峻挑战。
100%; visibility: visible; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">2025年10月30日，大连理工大学郭新闻、宋春山、张光辉、中国科学院上海高等研究院曾建荣在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Engineering the Cu(0)-Co2C Interface via Reaction-Induced Reconstruction for CO2 Hydrogenation to C2+ Hydrocarbons》的研究论文，Mingrui Wang为论文第一作者，郭新闻、宋春山、张光辉、曾建荣为论文通讯作者。
在本文中，作者通过反应诱导重构策略，成功构筑了Cu(0)-Co2C界面结构。在CO16px; line-height: 1.75em;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"span","attributes":{"mpa-font-style":"mheb259n1bj3","style":"font-size: 15px; font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;","data-mpa-action-id":"mheb30xerpg","data-pm-slice":"0 0 []"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"sub","attributes":{"style":"color: #000000;","leaf":","mpa-font-style":"mheb30wq1z85"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]">2加氢过程中，Co-Cu氧化物首先被还原为金属态Co(0)与Cu(0)，随后K助剂诱导Co(0)发生原位碳化生成Co2C，形成由外而内的碳化机制，该过程可通过调控Co(0)-Cu(0)相互作用实现精准调节。
与Co(0)-Cu(0)双金属相比，优化后的Cu(0)-Co2C界面催化剂在保持高催化活性的同时，将C2+烃类选择性从约1%大幅提升至约60%，并在300 °C、3 MPa条件下实现了19.4 mmol g-1Co2C h-1的C2+产率，较K–Co2C参比催化剂提升了2.5倍。
该界面主要促进以CO*为中介的反应路径，有效增强CH2*偶联过程。
本研究系统揭示了Co-Cu催化剂在反应过程中的动态重构机制与界面协同效应，为构建原位演化的金属-碳化物界面提供了理性设计思路，有望推动CO2高值化转化技术的进一步发展。
图1：K-CoaCubOx前驱体的结构表征。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的 FT-EXAFS 谱图。(c) Co 2p 和 (d) Cu 2p 的 XPS 谱图。图2：未改性 Co5Cu5Ox 在 CO2加氢过程中的反应还原。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的原位 XANES 谱图。原位 FT-EXAFS 谱图的 k2-加权 χ(k) 的 (c) Co K-edge 和 (d) Cu K-edge 的小波变换分析。测试条件：CO2/H2/N2= 21/63/16，p=0.8 MPa。图3：K-Co5Cu5Ox 在 CO2加氢过程中反应诱导的还原和碳化。(a) Co K-edge 和 (b) Cu K-edge 的原位 XANES 谱图。(c) 原位 FT-EXAFS 谱图的 k2-加权 χ(k) 的 Co K-edge 小波变换分析。(d) Co 2p 和 (e) C 1s 的原位 XPS 谱图。测试条件：CO2/H2/N2=21/63/16，p=0.8 MPa。图4：重构路径与调控策略。(a) 基于不同阶段 XPS 数据估算的 Co/Cu 原子比。(b) Janus Co(0)-Cu(0) 的 EDS 线扫描谱图，该样品通过 480 °C H2还原获得。(c) Janus Co(0)-Cu(0) 在CO2加氢过程中的原位 XRD 图谱。测试条件：CO2/H2/N2= 21/63/16，p=0.8 MPa。(d) Co–Cu 基催化剂在CO2加氢中反应诱导结构演变的示意图。图5：结构-性能关系研究。(a) K-CoaCubOx 催化剂的催化性能。(b) C2+烃的时空产率与 Co/Cu 比例的关系。反应条件：CO2/H2=1/3，300 °C 和 3.0 MPa。(c) 在操作条件下使用 Mo 靶收集的 K-Co5Cu5Ox 的 Operando XRD 图谱。(d) 在反应气体中为 K-Co5Cu5Ox 催化剂记录的 300 °C 和 3.0 MPa 下的原位双光束 IR 光谱。图6：密度泛函理论（DFT）推导的能量图和提出的反应路径。在 K2O/Cu(0)-Co2C 表面：(a) 初始 CO2活化，包括氧化还原机制和 H-辅助机制。(b) HCOO* 的转化，包括加氢生成 HCOOH* 和 H2COO，以及直接解离生成 HCO。(c) CO* 中间体转化为 CHx* 物种的能量分布图。C-C 偶联生成 C2+烃：(d) CHx* 在 K2O/Co2C (101) 和 K2O/Cu(0)-Co2C (101) 模型表面偶联生成 C2H4 的能量分布图。综上，作者提出了一种基于反应诱导重构策略构建Cu(0)-Co2C界面催化剂的全新思路，用于高效催化CO2加氢制备C2+烃类化合物。通过在反应过程中原位诱导Co-Cu氧化物还原与碳化，成功构筑出稳定且协同效应显著的Cu(0)-Co2C界面。该界面不仅有效抑制了传统Co-Cu催化剂中甲烷化副反应的发生，还显著提升了C-C偶联效率，使C2+烃类选择性从约1%跃升至59.2%，并在300 °C、3 MPa条件下实现了19.4 mmol g-1 h-1的时空产率，优于大多数已报道的Co基催化剂。本研究系统揭示了Co/Cu比例、金属迁移行为、表面碳化梯度及界面电子结构对催化性能的调控机制，并通过原位表征与密度泛函理论（DFT）计算明确了CO*介导的反应路径及Cu(0)对Co2C的电子调控作用。该反应诱导重构策略不仅突破了传统催化剂设计中对静态结构的依赖，更为构建动态适应反应环境的金属-碳化物界面提供了范式。Engineering the Cu(0)-Co2C Interface via Reaction-Induced Reconstruction for CO2 Hydrogenation to C2+ Hydrocarbons. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c15658.
