Synergy between copper and zinc oxide on a catalyst surface facilitates methanol synthesis via CO2 hydrogenation. Metal-oxide synergy The hydrogenation of carbon dioxide is a key step in the industrial production of methanol. Catalysts made from copper (Cu) and zinc oxide (ZnO) on alumina supports are often used. However, the actual active sites for this reaction—Zn-Cu bimetallic sites or ZnO-Cu interfacial sites—are debated. Kattel et al. studied model catalysts and found that ZnCu became as active as ZnO/Cu only after surface oxidation formed ZnO. Theoretical studies favor a formate intermediate pathway at a ZnO-Cu interface active site. Science, this issue p. 1296 The active sites over commercial copper/zinc oxide/aluminum oxide (Cu/ZnO/Al2O3) catalysts for carbon dioxide (CO2) hydrogenation to methanol, the Zn-Cu bimetallic sites or ZnO-Cu interfacial sites, have recently been the subject of intense debate. We report a direct comparison between the activity of ZnCu and ZnO/Cu model catalysts for methanol synthesis. By combining x-ray photoemission spectroscopy, density functional theory, and kinetic Monte Carlo simulations, we can identify and characterize the reactivity of each catalyst. Both experimental and theoretical results agree that ZnCu undergoes surface oxidation under the reaction conditions so that surface Zn transforms into ZnO and allows ZnCu to reach the activity of ZnO/Cu with the same Zn coverage. Our results highlight a synergy of Cu and ZnO at the interface that facilitates methanol synthesis via formate intermediates.

中文翻译：

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Cu/ZnO催化剂上CO 2 加氢制甲醇的活性位点

催化剂表面上铜和氧化锌之间的协同作用促进了通过 CO2 加氢合成甲醇。金属氧化物协同作用 二氧化碳加氢是甲醇工业化生产的关键步骤。通常使用氧化铝载体上的铜 (Cu) 和氧化锌 (ZnO) 制成的催化剂。然而，该反应的实际活性位点——Zn-Cu 双金属位点或 ZnO-Cu 界面位点——存在争议。卡特尔等人。研究了模型催化剂，发现只有在表面氧化形成 ZnO 后，ZnCu 才变得与 ZnO/Cu 一样活跃。理论研究支持 ZnO-Cu 界面活性位点处的甲酸盐中间途径。科学，这个问题 p。1296 商业铜/氧化锌/氧化铝 (Cu/ZnO/Al2O3) 催化剂上用于二氧化碳 (CO2) 加氢制甲醇的活性位点，Zn-Cu 双金属位点或 ZnO-Cu 界面位点，最近成为激烈争论的主题。我们报告了用于甲醇合成的 ZnCu 和 ZnO/Cu 模型催化剂的活性之间的直接比较。通过结合 X 射线光电子能谱、密度泛函理论和动力学蒙特卡罗模拟，我们可以识别和表征每种催化剂的反应性。实验和理论结果均同意 ZnCu 在反应条件下发生表面氧化，从而使表面 Zn 转化为 ZnO，并使 ZnCu 在相同的 Zn 覆盖率下达到 ZnO/Cu 的活性。我们的结果强调了界面处 Cu 和 ZnO 的协同作用，这有助于通过甲酸盐中间体合成甲醇。我们报告了用于甲醇合成的 ZnCu 和 ZnO/Cu 模型催化剂的活性之间的直接比较。通过结合 X 射线光电子能谱、密度泛函理论和动力学蒙特卡罗模拟，我们可以识别和表征每种催化剂的反应性。实验和理论结果均同意 ZnCu 在反应条件下发生表面氧化，从而使表面 Zn 转化为 ZnO，并使 ZnCu 在相同的 Zn 覆盖率下达到 ZnO/Cu 的活性。我们的结果强调了界面处 Cu 和 ZnO 的协同作用，这有助于通过甲酸盐中间体合成甲醇。我们报告了用于甲醇合成的 ZnCu 和 ZnO/Cu 模型催化剂的活性之间的直接比较。通过结合 X 射线光电子能谱、密度泛函理论和动力学蒙特卡罗模拟，我们可以识别和表征每种催化剂的反应性。实验和理论结果均同意 ZnCu 在反应条件下发生表面氧化，从而使表面 Zn 转化为 ZnO，并使 ZnCu 在相同的 Zn 覆盖率下达到 ZnO/Cu 的活性。我们的结果强调了界面处 Cu 和 ZnO 的协同作用，这有助于通过甲酸盐中间体合成甲醇。我们可以识别和表征每种催化剂的反应性。实验和理论结果均同意 ZnCu 在反应条件下发生表面氧化，从而使表面 Zn 转化为 ZnO，并使 ZnCu 在相同的 Zn 覆盖率下达到 ZnO/Cu 的活性。我们的结果强调了界面处 Cu 和 ZnO 的协同作用，这有助于通过甲酸盐中间体合成甲醇。我们可以识别和表征每种催化剂的反应性。实验和理论结果均同意 ZnCu 在反应条件下发生表面氧化，从而使表面 Zn 转化为 ZnO，并使 ZnCu 在相同的 Zn 覆盖率下达到 ZnO/Cu 的活性。我们的结果强调了界面处 Cu 和 ZnO 的协同作用，这有助于通过甲酸盐中间体合成甲醇。