马克斯普朗克学会弗里茨哈伯研究所界面科学系的研究人员解决了一个问题:在合成甲醇所需的反应条件下，ga促进的Cu表面会发生什么?他们发现这种双金属催化剂的复杂结构转变可能会改变人们对催化活性表面结构的普遍看法。
在50-100 bar的高压条件下，在著名的Cu/ZnO/Al2O3催化剂上，CO2加氢制甲醇的效率很高。然而，这种合成方法不仅存在安全风险和高能耗，而且为了保持高选择性，还限制了进料中CO2的浓度。
因此，一种用于低压甲醇合成的新型催化剂是非常需要的，也适用于未来在环境压力下使用太阳能产生的氢气的小型装置的开发。
最近发现含Ga的金属间化合物和合金即使在常压下也表现出良好的催化性能。然而，Ga在这些催化剂中的促进作用仍然知之甚少，主要是因为缺乏关于催化剂表面结构的信息。
在这方面，将表面敏感技术应用于反应条件下定义良好的模型催化剂的研究可以提供关键信息，帮助我们理解活性位点、反应中间体的动态性质，并最终了解反应机理。
Fritz Haber研究所界面科学系的研究人员利用基于实验室的近环境压力x射线光电子能谱(napp - xps)和扫描隧道显微镜(napp - stm)，现场监测CO2加氢反应中Ga-Cu双金属表面的结构和化学演变。
他们观察到双金属表面的温度和压力相关的脱合金，导致ga -氧化物岛嵌入Cu表面。虽然氧化相表现出接近Ga2O3的化学计量，即最稳定的Ga-oxide，但它实际上形成了超薄层。
Ga等易氧化金属的促进作用经常在结构模型中讨论，其中大块氧化物放置在金属表面顶部，相应的反应机制涉及界面处中间物质的溢出。本研究清楚地表明:(1)氧化镓嵌入金属表面;(ii)氧化镓岛是超薄的，很可能是“单层”厚度。
对于含ga的金属间化合物，反应诱导在金属表面形成超薄的ga -氧化物层也被期待。重要的是，这种二维氧化膜在结构和反应性方面与它们的体相对应的氧化膜有很大不同。
因此，在CO2加氢反应条件下形成的GaOx/Cu界面可能暴露出该反应从未考虑过的催化活性位点。使用通常用于粉末催化剂表征的体积敏感技术是不可能获得这些信息的。
这项研究的结果最近发表在《自然通讯》杂志上，揭示了含ga催化体系的复杂表面结构。
只有在反应条件下使用最先进的实验技术才能获得对工作催化剂的这种了解。只有建立了工作条件下ga -氧化物层及其与过渡金属界面的原子结构，才能深入了解该甲醇合成催化剂的反应机理。
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