全球二氧化碳排放引发的温室效应令人担忧，先通过可再生能源得到绿氢，之后将二氧化碳加氢为能源小分子甲醇，被誉为“液态阳光”，是一个备受瞩目的技术可行方案。Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂作为合成气制甲醇中成功应用了数十年的工业催化剂，在CO₂加氢制甲醇中受到了广泛关注。然而，学术界对于Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂活性位的鉴定，特别是Zn物种在反应状态下的结构和作用仍存在很大争议，活性中心到底是CuZn合金形式存在的金属Zn⁰还是Zn-O-Cu界面形式存在的氧化态Zn^δ+。上述催化剂活性位识别存在巨大挑战的根源在于：1. 反应条件下（>200 °C，5 MPa）有限的催化剂原位/工况表征手段；2. Cu和Zn相近的原子序数导致没有足够的衬度实现清晰的显微学表征；3. 在三元Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的复杂结构中，仅有一部分Zn物种和Cu纳米颗粒接触，大大阻碍了活性Zn物种的识别（最容易被研究者忽视的一点）。此外，理论上综合对比符合实验事实的活性位结构和全面考察各反应路径网络的动力学模拟鲜有报道。

相比于三元Cu/ZnO/Al₂O₃和正置型Cu/ZnO模型催化剂，高分散度倒置型ZnO/Cu催化剂，有助于利用原位谱学技术揭示Zn物种在反应条件下的结构演化。近日，中国科学技术大学的路军岭教授、李微雪教授和韦世强教授合作，精准构筑了含高分散ZnO物种的倒置型ZnO/Cu模型催化剂。在 493 K，4.5 MPa的CO₂加氢测试中，甲醇选择性达到80%。N₂O化学滴定和H₂程序升温脱附对表面Cu原子测定的差值可以定量亲氧性物种（被Fichtl和Kuld等人认为是Cu/ZnO界面附近的氧空位或者金属Zn）。基于该方法，本文中研究人员发现系列催化剂中甲醇时空收率与亲氧性物种含量呈正相关，暗示了亲氧性物种在构成催化剂活性位点中扮演了重要作用。

高压原位X射线吸收谱学（XAFS）研究发现反应气氛中Zn物种会由原子级分散的ZnO物种向富含氧空位的ZnO团簇的结构演变，但是未观察到金属Zn⁰的形成，进一步证实了反应条件下ZnO物种中氧空穴的存在，与上述化学吸附实验观察到的活性与亲氧性物种的强相关性一致。因此，上述实验结果表明催化剂中对构成活性位起作用的亲氧性Zn物种可能是ZnO/Cu界面附近的氧空位。

研究人员在理论上全面考察了Cu，CuZn合金，暴露氧终端的完美ZnO/Cu界面和部分还原含有氧空位的ZnO_1-x/Cu界面四种典型结构的反应势能面，结合微观动力学模拟对其性能进行了平行对比，发现在ZnO_1-x/Cu界面处，由于二氧化碳吸附增加、便于加氢，使其具有最高的甲醇生成速率，进一步确认了部分还原的氧化物/金属界面的重要性。

综上所述，该工作通过精确构筑倒置型高分散ZnO/Cu模型催化剂，化学吸附测定的亲氧性物种与性能关联，高压原位XAFS谱学表征以及全面的理论计算和动力学模拟，证实了ZnO/Cu活性界面的化学本质与界面处的氧空位直接相关，在原子尺度上加深了对Cu-ZnO界面的认识，将CuZn体系活性位结构的识别向前推进了重要一步。