近年来,由于温室气体的大量排放而引起的气候变化和海洋酸化在环境和能源领域受到了广泛的关注。CO₂作为主要的温室气体,科研人员已经开展了大量关于CO₂转化、利用的研究,希望缓解温室气体减排的压力。由于甲醇在化工领域是重要的基础化学品,在能源领域是可直接利用的可替代能源也可用作可再生能源的潜在储存介质,因此催化CO₂加氢制甲醇具有广阔的应用前景。Cu/Zn O基催化剂是CO₂加氢制甲醇研究最广泛深入的催化剂。尽管对其进行了大量研究,但是其活性位及反应机理仍然存有争议。此外,甲醇合成过程中伴随的逆水煤气变换（RWGS）反应降低了甲醇选择性,生成的水也加速了催化剂烧结。因此,对甲醇合成活性位的研究和理解对于提高甲醇的产率和催化剂稳定性非常重要。大量研究表明催化剂还原活化时Zn物种从Zn O体相迁移至Cu纳米颗粒表面形成的Zn Ox-Cu NP-Zn O界面对甲醇的生成至关重要,可能是CO₂加氢制甲醇的重要活性位点。本文制备了盘状Zn O负载Cu（Cu/盘状Zn O）模型催化剂和Cu掺杂盘状Zn O（盘状Zn O:Cu）模型催化剂用于模拟Zn Ox-Cu NP-Zn O界面和直接接触Cu-Zn O界面。对各模型催化剂结构进行了表征,并且考察了模型催化剂催化RWGS和CO₂加氢制甲醇的反应性能。分析了不同Cu-Zn O界面结构与催化性能的构效关系以及不同界面上CO₂加氢反应路径,进一步揭示Cu/Zn O基催化剂的CO₂加氢制甲醇的活性位、反应机理。1)制备了一系列不同Cu掺杂量的Zn O:XCu和1Cu/Zn O模型催化剂,考察其催化RWGS反应的性能,揭示直接接触Cu-Zn O界面和Zn Ox-Cu NP-Zn O界面上的RWGS反应性能。EPR和Raman结果表明Cu取代了Zn O晶格中的Zn²⁺位点和间歇位的Zn（Zn_i）,同时生成更多的体相缺陷。Cu的掺杂调整催化剂碱性,CO生成速率与中等强度碱性位点CO₂脱附量有关。当反应温度低于500℃时,直接接触Cu-Zn O界面上RWGS反应活性低于Zn Ox-Cu NP-Zn O界面;但是当反应温度高于500℃时,Zn Ox-Cu NP-Zn O界面中的Cu NPs可能烧结,导致催化性能变差,而直接接触Cu-Zn O界面中的活性Cu物种的团聚和烧结可能受到抑制而具有更优异的高温催化性能。2)在上述研究的基础上,构建了经氮气和干空焙烧气氛处理的盘状Zn O:1Cu和干空焙烧的1Cu/盘状Zn O模型催化剂,分别记为Zn O:1Cu-N₂、Zn O:1Cu-Air和1Cu/Zn O-Air模型催化剂,然后用于催化CO₂加氢制甲醇。在反应条件P=3 MPa、H₂:CO₂:N₂=69:23:8、WHSV=3600 m L?g^-1?h^-1下,1Cu/Zn O-Air具有最大甲醇产率及选择性,其次为Zn O:1Cu-Air模型催化剂,Zn O:1Cu-N₂模型催化剂的催化性能最差。SEM、XRD和原位XPS表征表明还原后Zn O:1Cu-N₂样品未见明显的Cu NPs形成,还原后仅形成直接接触Cu-Zn O界面;而Zn O:1Cu在干空中焙烧时掺杂的Cu会析出生成Cu NPs;原位XPS、FTIR和Raman证明1Cu/Zn O-Air还原时Zn物种迁移形成了Zn Ox-Cu NP-Zn O界面,且其具有更高的氧空位浓度,CO₂-TPD结果表明Zn Ox-Cu NP-Zn O界面具有更高的CO₂吸附活化能力。直接接触Cu-Zn O界面与Zn Ox-Cu NP-Zn O界面均可催化CO₂加氢生成甲醇,甲醇合成的主要碳源是CO₂,但是后者生成甲醇的产率更高,生成的CO更容易进一步加氢生成甲醇,因此具有更高的甲醇选择性。但是随着压力的升高不利于Zn Ox-Cu NP-Zn O界面通过RWGS+CO加氢路径生成甲醇。以上研究表明Cu/Zn O基催化剂催化CO₂加氢制甲醇的选择性较低一方面由于直接接触Cu-Zn O界面上生成的CO难以继续加氢生成甲醇,另一方面Zn Ox-Cu NP-Zn O界面具有较高的RWGS催化性能,生成的CO也未能全部继续加氢转化为甲醇。这意味着进一步提高Cu/Zn O基催化剂催化CO₂加氢制甲醇的选择性需要从更微观的角度认识生成甲醇与CO的活性位结构,这对高效催化剂结构的研究、设计、制备提出了更高的要求。