一個研究小組開發了一種高效穩定的銅基催化劑（DFNS/TiO2-Cu），用於將二氧化碳轉化為一氧化碳，其CO生產率為5350 mmol g-1 h-1，選擇率為99.8%。該催化劑在200多個小時內保持穩定，原位研究強調了缺陷位點在調整強金屬-支撐物相互作用中的重要性。

“缺陷調整強金屬-支架相互作用”，這是設計具有出色效率和穩定性的二氧化碳還原納米催化劑的獨特方法。資料來源：Rajesh Belgamwar先生和Vivek Polshettiwar教授

大量使用化石燃料來驅動工業過程和人類活動，導致了越來越多的人為二氧化碳排放到我們的大氣中，超過了400ppm的水平。這種過高的大氣二氧化碳濃度已經導致了我們星球的氣候系統的一系列負面後果。然而，二氧化碳可以成為一種戰略性的碳資源，用於合成有價值的化學品和燃料。已經有許多關於貴金屬催化劑的報導，但由於其催化性能一般且成本高，其應用受到限制。在非貴金屬催化劑家族中，銅基催化劑是用途最廣的，在許多工業過程中具有良好的潛力。不幸的是，銅的低坦曼溫度和由此產生的表面遷移導致納米顆粒在反應過程中燒結，限制了其活性和長期穩定性。

在這項工作中，孟買塔塔基礎研究所（TIFR）的Vivek Polshettiwar教授領導的研究小組提出了一個問題：如何利用強金屬支撐作用（S MSI）和缺陷點合作性的概念來提高銅催化劑的催化活性和穩定性？

他們報告了一種在氧化鈦包覆的樹枝狀納米二氧化矽（DFNS/TiO2-Cu）上負載活性銅位點的催化劑，用於CO2到CO的轉化。DFNS/TiO2的纖維狀形態和高表面積使得Cu NPs活性位點可以更好地分散和高負載。這種催化劑對二氧化碳的還原顯示出優異的催化性能，其CO生產率為5350 mmol g-1 h-1（即53506 mmol gCu-1 h-1），優於所有銅基熱催化劑。值得注意的是，DFNS/TiO2-Cu10對一氧化碳顯示出99.8%的選擇性，並且至少在200小時內穩定。銅和TiO2之間的缺陷控制的強大的金屬-載體相互作用使銅納米顆粒牢牢地固定在載體的表面上，並賦予了出色的催化劑穩定性。

EELS研究、原位漫反射紅外傅里葉變換光譜、H2-溫度編程還原、密度泛函理論計算和長期穩定性表明，銅位點和Ti3+位點之間存在強烈的相互作用，這確保了活性銅位點的良好穩定性和分散性。原位研究提供了對缺陷位點（Ti3+和O-空位）在調整SMSI中的作用的深入了解。原位時間分辨傅里葉變換紅外線表明，CO2並沒有直接解離形成CO，而原位拉曼和原位UV-DRS研究表明，將CO2氣體引入反應室後，氧空位和Ti3+中心的強度逐漸降低，暴露在氫氣中時，強度逐漸增加。這表明，在氫氣的幫助下，二氧化碳轉化為一氧化碳的過程遵循了氧化還原途徑。

DFNS/TiO2-Cu的優異催化性能和原位機理研究表明，缺陷在調整強金屬-支撐物相互作用方面具有潛力。這種方法可能會導致使用各種活性位點和缺陷載體的催化系統的設計。