介孔SiO2 负载CuCe催化剂的孔径调控策略及其低温RWGS反应增效机制

　　针对CO2 低温高效转化难题，重庆工商大学团队设计了一系列孔径可调的介孔SiO2 负载CuCe双金属催化剂（CuCe/SiO2 ），系统探究孔径对逆水煤气变换反应（RWGS）性能的影响。研究发现CCS100催化剂凭借最优孔径（100℃结晶温度制备）、高比表面积（427 m2 /g）和Cu0 -Ce3+ 协同效应，在420℃实现41.34% CO2 转化率和100% CO选择性，为CO2 资源化利用提供了新型催化剂设计范式。

　　

在全球CO₂
浓度突破423 ppm的严峻形势下，如何将这一温室气体转化为高附加值化学品成为科研热点。逆水煤气变换反应（RWGS）作为CO₂
制CO的关键步骤，其低温高效催化剂的开发直接影响碳中和技术路径的经济性。然而现有研究多聚焦活性组分优化，对载体孔径这一"隐形调控因子"的认知仍存空白——孔径如何影响金属分散度？何种孔道结构最利于反应物活化？这些问题制约着催化剂性能的进一步提升。

重庆工商大学周桂林团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究，创新性地通过结晶温度调控介孔SiO₂
载体孔径（60-140℃），构建了CuCe/SiO₂
催化剂系列（CCS060-CCS140）。采用N₂
吸附-脱附、H₂
-TPR（程序升温还原）、CO₂
-TPD（程序升温脱附）等表征手段，结合RWGS性能测试，揭示了孔径-活性位点构效关系。研究发现：100℃合成的CCS100催化剂具有三维贯通孔道（8.7 nm孔径）和427 m²
/g比表面积，促使Cu⁰
分散度达52.3%，CeO₂
晶粒尺寸最小（4.8 nm）。这种结构使CO₂
吸附量提升至1.8 mmol/g，低温还原峰前移50℃，最终在420℃实现41.34% CO₂
转化率且完全抑制CH₄
副产物。

关键实验技术

1. 硬模板法合成梯度孔径介孔SiO₂
   （P123模板剂调控）
2. N₂
   O化学吸附定量Cu⁰
   分散度
3. 原位XRD追踪CuO-CeO₂
   固溶体演变
4. 低角度XRD解析介孔有序度

研究结果
N₂
吸附/脱附测试
CCS100呈现典型IV型等温线，其陡峭的毛细管凝聚台阶（P/P₀
=0.6-0.8）和H1型回滞环证实均一介孔结构。孔径分布显示其最可几孔径（8.7 nm）恰为反应物扩散（CO₂
动力学直径0.33 nm）与金属分散的平衡点。

H₂
-TPR分析
CCS100在165℃出现显著还原峰，较CCS140前移32℃，表明孔径减小增强了CuO-CeO₂
相互作用。通过分峰拟合计算，其表面氧空位浓度达1.2×10²⁰
/g，为CO₂
活化提供关键位点。

CO₂
-TPD表征
CCS100在120℃和280℃出现双吸附峰，对应单齿碳酸盐和双齿碳酸盐物种，其总酸量（0.45 mmol/g）是CCS060的2.3倍，证实适中孔径最利于CO₂
活化。

循环稳定性
经历5次反应-再生循环后，CCS100的CO产率仅衰减7.8%，HRTEM显示其Cu⁰
颗粒尺寸增长不足1 nm，归因于CeO₂
晶格锚定效应。

结论与意义
该研究首次建立介孔载体孔径与RWGS性能的定量关系：当孔径≈8 nm时，可实现金属分散（Cu⁰
分散度>50%）、传质效率（TOF值1.2×10^-2
s^-1
）和氧空位浓度（Ce³⁺
/Ce⁴⁺
=0.38）的协同优化。提出的"孔径筛选-活性位点构筑"策略，为CO₂
加氢催化剂设计提供了新思路，对实现《巴黎协定》温控目标具有现实意义。