挑战原有结论！福州大学，新发Nature子刊！

研究概述

活性催化剂通常是亚稳态的，其表面状态取决于气相化学势和反应动力学。研究催化剂在其实际工作条件下的状态，对于了解结构与性能之间的关系至关重要。

2025年2月27日，福州大学黄兴教授、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Travis Jones、慕尼黑工业大学Marc Willinger在国际顶级期刊Nature Communications发表了名为《Operando TEM study of a working copper catalyst during ethylene oxidation》的研究论文，WenQiang Yu为第一作者，黄兴教授、Travis Jones、Marc Willinger为论文共同通讯作者。

在本文中，作者采用实时观测与在线质谱（MS）相结合的实验操作透射电子显微镜（TEM），研究了乙烯氧化过程中Cu催化剂的行为。识别出三种不同的区域，这些区域的结构和状态各不相同，并且随着温度的变化显示出不同的选择性，并在理论计算的帮助下阐明了反应途径。

研究结果表明，在低温下准静态的Cu2O通过氧金属环（OMC）途径对环氧乙烷（EO）和乙醛（AcH）具有选择性。在中温下的动态CuO/Cu2O振荡区域，部分还原和应变氧化物降低了与部分氧化相关的活化能。在高温下，催化剂主要为CuO，部分被单层Cu2O覆盖。

尽管CuO在脱氢和最终燃烧中极为高效，但单层氧化物更倾向于直接形成环氧乙烷（EO）。这些结果挑战了以往从超高真空研究中得出的结论，即金属铜将是一种选择性环氧化催化剂，并强调了在实际条件下进行原位研究的必要性。

图文解读

图1：形貌演示

图2：基于原位SAED的相分析

图3：结构性能关系

文献信息

Yu, W., Yue, S., Yang, M. et al. Operando TEM study of a working copper catalyst during ethylene oxidation. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57418-0.