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一个研究小组开发了一种高效稳定的铜基催化剂（DFNS/TiO2-Cu），用于将二氧化碳转化为一氧化碳，其CO生产率为5350 mmol g-1 h-1，选择率为99.8%。该催化剂在200多个小时内保持稳定，原位研究强调了缺陷位点在调整强金属-支撑物相互作用中的重要性。

"缺陷调整强金属-支架相互作用"，这是设计具有出色效率和稳定性的二氧化碳还原纳米催化剂的独特方法。资料来源：Rajesh Belgamwar先生和Vivek Polshettiwar教授

大量使用化石燃料来驱动工业过程和人类活动，导致了越来越多的人为二氧化碳排放到我们的大气中，超过了400ppm的水平。这种过高的大气二氧化碳浓度已经导致了我们星球的气候系统的一系列负面后果。然而，二氧化碳可以成为一种战略性的碳资源，用于合成有价值的化学品和燃料。已经有许多关于贵金属催化剂的报道，但由于其催化性能一般且成本高，其应用受到限制。在非贵金属催化剂家族中，铜基催化剂是用途最广的，在许多工业过程中具有良好的潜力。不幸的是，铜的低坦曼温度和由此产生的表面迁移导致纳米颗粒在反应过程中烧结，限制了其活性和长期稳定性。

在这项工作中，孟买塔塔基础研究所（TIFR）的Vivek Polshettiwar教授领导的研究小组提出了一个问题：如何利用强金属支撑作用（SMSI）和缺陷点合作性的概念来提高铜催化剂的催化活性和稳定性？

他们报告了一种在氧化钛包覆的树枝状纳米二氧化硅（DFNS/TiO2-Cu）上负载活性铜位点的催化剂，用于CO2到CO的转化。DFNS/TiO2的纤维状形态和高表面积使得Cu NPs活性位点可以更好地分散和高负载。这种催化剂对二氧化碳的还原显示出优异的催化性能，其CO生产率为5350 mmol g-1 h-1（即53506 mmol gCu-1 h-1），优于所有铜基热催化剂。值得注意的是，DFNS/TiO2-Cu10对一氧化碳显示出99.8%的选择性，并且至少在200小时内稳定。铜和TiO2之间的缺陷控制的强大的金属-载体相互作用使铜纳米颗粒牢牢地固定在载体的表面上，并赋予了出色的催化剂稳定性。

EELS研究、原位漫反射红外傅里叶变换光谱、H2-温度编程还原、密度泛函理论计算和长期稳定性表明，铜位点和Ti3+位点之间存在强烈的相互作用，这确保了活性铜位点的良好稳定性和分散性。原位研究提供了对缺陷位点（Ti3+和O-空位）在调整SMSI中的作用的深入了解。原位时间分辨傅里叶变换红外线表明，CO2并没有直接解离形成CO，而原位拉曼和原位UV-DRS研究表明，将CO2气体引入反应室后，氧空位和Ti3+中心的强度逐渐降低，暴露在氢气中时，强度逐渐增加。这表明，在氢气的帮助下，二氧化碳转化为一氧化碳的过程遵循了氧化还原途径。

DFNS/TiO2-Cu的优异催化性能和原位机理研究表明，缺陷在调整强金属-支撑物相互作用方面具有潜力。这种方法可能会导致使用各种活性位点和缺陷载体的催化系统的设计。