在全球面临能源转型和碳减排压力的今天，如何高效利用二氧化碳这一“碳源”，成为科学家们亟待解决的重要课题。其中，将CO₂加氢转化为甲醇（CH₃OH）是一种颇具前景的技术路径，因为甲醇不仅可作为清洁能源，还可以转化为众多的具有更高附加值的化学品。但目前广泛使用的铜基催化剂（如Cu/ZnO/Al₂O₃）在稳定性、活性和选择性方面仍存在优化空间。

近日，美国西北太平洋国家实验室Xin Zhang博士、Honghong Shi博士、Kevin M. Rosso博士与中国科学院过程工程研究所李平研究员提出了一种全新的“二维单原子催化剂”设计理念：将带正电的铜原子单分散地锚定在二维γ-Al₂O₃纳米片表面上。这一结构巧妙地利用了氧化铝表面存在的“五配位铝位点”，作为铜原子的“落脚点”，不仅稳固了铜原子的存在状态，还显著提高了其催化活性和热稳定性。研究团队采用简单的两步热处理方法，首先将铜离子吸附在高比表面积的γ-AlOOH纳米片上，随后通过高温煅烧转化为Cu/γ-Al₂O₃。在实际反应测试中，该催化剂在250 °C、32 bar条件下表现出远优于商用Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的活性，其一氧化碳，甲醇与二甲醚的合成速率均得到可观提高，展现出极大的应用潜力。

更令人兴奋的是，尽管传统观点认为金属铜（Cu⁰）是氢气活化的关键，本研究中的催化剂完全不含金属态铜，而是依靠Cu²⁺与Al₂O₃之间的特殊电子结构和界面作用，成功实现了氢气的活化与CO₂的转化

该工作不仅打破了传统金属催化的认知壁垒，还为未来绿色催化剂的设计开辟了新思路。其简便的合成路线、优异的性能表现以及低成本氧化物载体的使用，使得这种二维单原子铜催化剂有望在工业CO₂转化领域发挥重要作用。

Boosting Hydrogenation of CO₂ Using Cationic Cu Atomically Dispersed on 2D γ-Al₂O₃ Nanosheets

Ping Chen, Yifeng Zhu, Hailin Zhang, Micah P. Prange, Duo Song, Janos Szanyi, Yining Wang, Ying Chen, Xiang Wang, Oliver Y. Gutiérrez, Zihua Zhu, Zheming Wang, Carolyn I. Pearce, Ping Li, Kevin M. Rosso, Honghong Shi, Xin Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505444