在用于CO2加氢的催化剂中，金属纳米颗粒（NPs）与载体材料之间的界面对于活性和反应选择性非常重要。在含Pt NP的UiO Zr-金属有机骨架（MOFs）中，甲醇形成过程中的关键中间体吸附在Pt-MOF界面的开放Zr位点上。

近日，挪威奥斯陆大学Unni Olsbye，Ainara Nova报道了通过稳态和瞬态同位素交换实验、H2O共进料测量和密度泛函理论(DFT)计算，研究了170 °C下Zr位点的动力学作用以及H2O对CO2加氢反应的影响。

文章要点

1）研究表明，Zr位点缺陷的增加，提高了甲醇和甲烷的生成速率。瞬态实验将这一增长与两种产品的表面中间体数量增加联系在一起。脱水与预水化Zr位点的实验表明，脱水Zr位点上甲醇和甲烷的生成速率较高。瞬态实验表明，这种差异与甲醇和水的竞争吸附有关。

2）密度泛函理论计算和微观动力学模型支持上述结论，并进一步揭示了竞争吸附过程中涉及的平衡。计算表明，甲醇在缺陷或脱水位点上的吸附较弱，这与实验观察到的较大的甲醇气相浓度结果保持一致。微观动力学模型表明，当水浓度低于缺陷点数时，[Zr₂(µ-O)₂]⁴⁺和[Zr₂(µ-OH)(µ-O)(OH)(H₂O)]⁴⁺是主要的表面物种。水的加入促进了甲醇的脱附，但并没有改变甲醇的稳态反应速率，同时对CH4的生成具有很大的抑制作用。

这些结果表明，水可以用来提高对甲醇的反应选择性，同时需要对催化剂体系进行进一步的详细研究。

Emil Sebastian Gutterød, et al, Influence of Defects and H₂O on the Hydrogenation of CO₂ to Methanol over Pt Nanoparticles in UiO-67 Metal-Organic Framework, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c07153

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07153