近年来，过渡金属碳化物作为高性能催化剂引起了人们前所未有的关注。尽管如此，关于铜（Cu）碳化物的催化性能仍未得到探索。

近日，哈工大于淼教授报道了亚表面C（C-Cu^δ+）诱导的局部带电Cu表面层及其在表面置换反应中的催化应用。

文章要点

1）研究人员采用乙烯的高温分解将C引入到Cu(111)面。经过四次C掺杂后，X射线光电子能谱(XPS)分析表明C的存在。扫描隧道显微镜(STM)图像显示，Cu台阶处没有显示出C物种的簇状或片状，因此C原子不是位于Cu(111)表面的顶部，而是扩散到底部中。与未掺杂的Cu(111)相比，掺C的Cu表面原子排列变化不大，台阶边缘光滑，表面有无规则分布的小而浅的凹坑。密度泛函理论（DFT）计算表明，碳原子最稳定的占据是亚表面八面体位置。

2）将3，5-二(羧酸)-苯基-3-马来酰亚胺（C12H7NO6，记为BCPM）应用于C-Cu^δ+。结果显示，在室温（RT）条件下，用单个Cu原子有效地取代了BCPM中每个羧酸基上的质子，生成了一种新的化合物Cu₂C₁₂H₅NO₆。相反，这种置换反应不会在原始Cu(111)上发生，甚至在高温下也不会发生，直到吸附物完全解吸。

3）这两种情况下的差异归因于C-Cu^δ+表面每Cu原子高达+0.30 e的局域电荷，使去质子势垒降低了0.11 eV（每个CA基团），从而显著提高了去质子率。结果表明，在RT条件下，BCPM在C-Cu^δ+上的吸附使CA和Cu原子的质子发生快速置换。

参考文献

Shaoshan Wang, et al, Subsurface Carbon-Induced Local Charge of Copper for On Surface Displacement Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202108712

https://doi.org/10.1002/anie.202108712