岛津XPS用户成果分享—中科院山西煤炭化学研究所樊卫斌研究员团队（二）

　　铜基催化剂广泛应用于许多重要的化学反应过程，包括合成气转化、CO/烃类选择氧化、甲醇水蒸汽重整、水煤气变化、醋/醛/酸加氢和醇脱氢等，但Cu0和Cu+物种的催化作用机制和反应路径仍不清楚，樊卫斌研究员团队设计制备了稳定性极高的Cu@介孔二氧化硅核壳结构催化剂，并以典型C1反应甲醇脱氢制备甲酸甲酷为模型反应，利用准原位XPS系统实现对催化剂进行不同反应温度、不同反应时间、不同负载量等条件的研究，为系统揭示了催化反应中表面与活性物种及生成物与催化剂的关系，深入认识反应诱导期、催化作用机制及反应路径提供可能。如图1所示，在Cu@介孔二氧化硅核壳结构催化剂对甲醇定向转化的催化反应作用机制研究中，准原位XPS结果表明，在200°C、300°C和450°C下还原的xCu@mSi0₂、7Cu/mSiO₂和7Cu/SiO₂等的表面都存在Cu⁰和Cu⁺物种，甲酸甲酷的产率随着Cu含量增加而增加，而且Cu/Cut比与选择性成正相关。另外，原位在线质谱表明HCHO是DOM过程中的关键中间体之一。

图1不同负载量的核壳Cu@介孔二氧化硅催化剂在不同反应温度不同反应时间下Cu⁰Cu⁺、Cu²物种的转变及其相对含量的变化

团队介绍

　　樊卫斌老师现任中国科学院山西煤炭化学研究所研究员，博士生导师，国家“万人计划”创新领军人才、中科院“百人计划”入选者、山西省“三晋英才”高端领军人才。现任中国科学院山西煤炭化学研究所副所长、中国化工学会煤化工专业委员会副主任委员、中国化学会催化和分子筛专业委员会委员等。主要从事新型多孔材料设计研制、甲醇/CO/CO₂定向转化及烷烃芳构化等方面的研究。相关研究成果在ScienceNat. Catal.，Nat. Commun., Chem.Chem.Soc.Rev.Angew. Chem.Int.Ed.J.Am.chem.Soc.,ACS Catal.等国内外重要刊物发表论文260余篇，授权中国发明专利60余件，获得山西省自然科学一等奖2项、山西省科技进步二等奖2项、山西省高等学校科技进步一等奖1项。

仪器介绍

　　中国科学院山西煤炭化学研究所公共技术服务中心自2012年引进岛津AXISULTRADLD型XPS以来，为本所及全国多家科研及高校单位累计服务达数万余机时，支持完成多项科研项目及发表论文千余篇;此外针对多相催化表征中的反应条件多样性需求，中心在原有准原位基础上开发了“多功能准原位XPS表征系统”，适用于有多种气氛、液相反应物参与、反应预活化、程序升温、粉末或块体样品、静态吸附、在线GC-MS检测、真空-常压-低压下气/液-固相静态及流动反应体系准原位XPS测试技术，为认识催化剂在原位反应状态下的表面化学态信息物种组成及分布状况、反应过程中催化剂表面电荷变化、界面相互作用、配位状态和结构变化规律等。为揭示催化作用机制、化学反应历程、实现对催化剂结构、组成和性能的精准调控提供更加直观可靠的分析依据。

　　图:中科院山西煤炭化学研究所公共技术服务中心X射线光电子能谱仪