胡培君教授团队：H2O也能调控CO2加氢还原活性和选择性

    华东理工大学教授、爱尔兰皇家学院院士胡培君团队基于密度泛函理论与微观动力学模拟相结合的方法，发现并解释了H₂O在CO₂还原过程中的自催化效应及其对反应加氢活性和选择性影响的规律。

作为化石燃料枯竭的替代方案，实现从其燃烧产生的CO₂出发还原转化为有价值的化学物质和燃料，已引起人们的广泛关注。由于CO₂的高度热力学稳定性，找到一种可持续且低成本的途径能够在温和条件下实现CO₂的高效、高选择性转化依然是非常具有挑战性的。

水作为常见的小分子之一，可能是控制其反应机制的重要因素。一方面，水是伴随CH₃OH产生的产物，可能引发自催化从而加速CO₂活化和甲醇生成。另一方面，Cu是用于水煤气变换（WGS）反应及其逆反应（RWGS）的高活性催化剂。水可以影响副反应并改变选择性。

最近，华东理工大学计算化学中心胡培君团队结合密度泛函理论（DFT）计算和微观动力学模拟，系统地分析了在Cu(211)台阶面上的CO₂加氢过程中表面吸附H₂O*对重要基元步骤的影响，从电子结构、能量和反应动力学三个维度上定量地讨论和比对了H₂O和CO₂中间的质子传输对于加氢过程的影响，揭示了其自催化过程能有效促进CO₂氧端加氢和CO₂活化，加速COOH*反应通道，提升CO选择性和CO₂转化率。同时，他们的微观动力学模拟结果也显示过高的水汽分压也会导致表面过高的OH*覆盖度而抑制CO₂转化。因此，适当的加入一定水汽可以提升CO₂加氢转化率和产生CO的选择性。

图1 H₂O调控CO₂加氢还原活性和选择性。

该研究结果以“A first-principles microkinetic study on the hydrogenation of carbon dioxide over Cu(211) in the presence of water”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为华东理工大学孙希彤，通讯作者为曹宵鸣副教授和胡培君教授。

Citation：Sun X, Wang P, Shao Z, Cao X, P. Hu. A first-principles microkinetic study on the hydrogenation of carbon dioxide over Cu(211) in the presence of water. Sci. China Chem., 2019, DOI: 10.1007/s11426-019-9639-0.

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通讯作者简介

曹宵鸣，华东理工大学副教授，主要从事利用密度泛函理论量子化学计算结合微动力学分析、动力学蒙特卡洛方法从多尺度进行多相催化以及电催化的反应过程理论计算模拟研究和催化剂理论设计的研究工作。近5年以第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Nature Commun.、Energy Environ. Sci.、ACS Catal.、J. Mater. Chem. A、ChemSusChem、Chem. Eng. J等国际期刊发表SCI论文25篇，3篇入选“ESI高被引论文”。

 

胡培君，爱尔兰皇家学院院士，华东理工大学教授，博士生导师。1982年本科毕业于华东理工大学化学学院，1985年和1993年分别在华东理工大学和英国剑桥大学先后获硕士学位和博士学位。2009年当选爱尔兰皇家学院院士，2011年华东理工大学特聘教授，2014年国务院侨办海外专家咨询委员会委员。主要从事理论催化研究，在催化材料、反应模拟和催化剂理论设计以及DFT模拟计算领域取得了大量原创性成果，长期活跃在理论催化领域国际前沿，研究成果包括（i）催化反应的微观途径与价键关系；（ii）反应活性位选择的基本规律；（iii）单相和双相BEP关系的理解与基于化学势图景下的非均相催化微动力学及其在非均相催化剂理性筛选的应用等。在包括Nature、Nat. Catal. 、Nat. Commun.等的国际重要学术刊物上发表研究文章200余篇，SCI引用1万余次，H指数为63。