北大张亚文团队，Nature子刊！

水煤气变换反应(WGSR)是氨合成或合成气转化反应中生产H2和脱除CO的重要部分。H2O作为CO的氧化剂，H2O解离缓慢的动力学使其成为速率决定步骤。因此，构建具有良好CO吸附能力和H2O解离性能的催化剂是中低温催化WGSR的一条实用途径。过渡金属由于资源丰富、成本低等优点，具有广阔的应用前景。常用的Cu基催化剂主要集中在负载型催化剂上，负载型催化剂通过将活性金属锚定在氧化物载体表面，在构建界面位点和改善稳定性方面发挥了重要作用。然而，由过渡金属合金组成的催化剂及其作用机理目前却鲜有报道。同时，探索双活性中心和价态调节的催化剂是一个巨大的挑战，但也具有重要的科学和技术意义。

近日，北京大学张亚文、李晨、董浩和吉林大学李广社等构建了双活性中心均匀分散的CuCo合金和CoO纳米片状复合催化剂(CuaCobOx)，其催化WGSR活性显著提高。实验结果表明，最佳的Cu1Co9Ox催化剂在300 ℃下的反应速率高达204.2 μmolCO gcat-1，CO转化率达到49.0%，优于大多数报道的过渡金属基催化剂。此外，在240 °C下测量了CO和H2O的反应顺序，以研究反应物的吸附和转化。结果显示，Cu1Co9Ox催化剂的CO反应级(-0.07)数接近于0，表明由于适当的CO吸附容量和有效的转化率，CO转化几乎不受CO浓度的影响。相比之下，纯Co3O4催化剂的CO反应级数为-0.73，表明该催化剂存在严重的CO中毒。

基于系统的表征和理论计算，研究人员提出了一种协同机理，即吸附在Cu表面的CO容易还原Coδ+组分，而Co0可被H2O氧化。Cu的加入可以调节Co的氧化还原特性，从而调节催化剂的吸附特性。特别是，Cu0位点的掺杂削弱了表面对CO或CO2的亲和力到中等水平。此外，它还促进*CO氧化成*COOH和CO2产物的解吸，减少催化剂的碳中毒，从而提高反应活性。总的来说，该项研究阐明了多相催化反应中金属中心价态调节诱导的反应性增强机理，为构建具有双活性中心的新型多相催化剂提供了指导。

Tunning valence state of cobalt centers in Cu/Co-CoO1-x for significantly boosting water-gas shift reaction. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-56161-w