自“活性位点”概念提出以来，识别催化剂的活性位点一直是异质催化研究的圣杯。催化剂的活性位点随反应催化而变化。Cu-ZnO-Al2O3催化剂是工业上用作WGS反应（CO + H2O → CO2+ H2）和CO氢化成甲醇反应（CO + 2H2→ CH3OH）的催化剂，是一个代表性的例子。很多人为识别Cu-ZnO-Al2O3催化剂的活性位点做出了巨大努力。然而，由于缺乏可靠的实验证据，争议仍然存在。在基于Cu-ZnO的WGS反应催化剂中，人们争论的是，活性结构是具有独特结构的相分散或稳定于ZnO的金属铜，还是能够易于解离H2O的Cu-ZnO界面。这也导致了密度函数理论（DFT）计算提出的Cu-ZnO催化WGS反应的不同反应机理，然而，所有这些计算都计算不出H2形成步骤的活化能。
中科大黄伟新教授、张文华副研究员和厦门大学王野教授在Nature Communications上发表机理研究，鉴定了水煤气变换反应和CO氢化的活性位点，给出了反应机理。
通过对一系列具有明确Cu结构的ZnO/Cu纳米晶逆催化剂进行全面的实验（如漫反射傅里叶变换红外光谱表征）和理论计算研究，作者报告ZnO-Cu催化剂在典型反应条件下的WGS和CO加氢反应过程中，分别发生Cu结构依赖性和反应敏感性的原位重构，形成了CuCu(100)-羟基化ZnO和CuCu(611)Zn合金的活性位点。考虑到已鉴定的活性位点，制备尽可能多的Cu{100}晶面和Cu{611}步进位点的Cu-ZnO催化剂分别是开发高效的水煤气变换Cu-ZnO催化剂和CO加氢反应Cu-ZnO催化剂的有效策略。这些结果为WGS反应和CO加氢反应的Cu-ZnO催化剂的活性位点提供了见解，揭示了Cu的结构效应，并为优化Cu-ZnO-Al2O3催化剂的结构提供了可行的指南。
文献信息
Zhang, Z., Chen, X., Kang, J. et al. The active sites of Cu–ZnO catalysts for water gas shift and CO hydrogenation reactions. Nat Commun 12, 4331 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24621-8原文刊载于【催化开天地】公众号
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