香港城市大学彭咏康课题组：一步法大量制备负载型超小CeO2催化剂，优化其Lewis酸性强度以用于2-氰基吡啶辅助的碳酸二甲酯高效合成

本文针对传统CeO2催化剂制备复杂、难以规模化以及Lewis酸强度表征手段分辨率有限的问题，发展了一种简单、可规模化、无需后处理的一步空气煅烧法制备负载于多孔碳框架中的超小CeO2纳米颗粒。研究以CO2与甲醇直接合成碳酸二甲酯（DMC）为模型反应，并以2-氰基吡啶（2-Cp）为脱水剂。通过TMPO-31P核磁共振（NMR）与DFT计算，揭示了CeO2粒径和表面杂原子（N）修饰对Ce位点Lewis酸强度的调控作用，并建立了酸强度与DMC合成及2-Cp水合活性之间的正相关关系。结果表明，在400℃空气中煅烧的Ce-400A样品中，CeO2颗粒尺寸小于5 nm，其Lewis酸强度最高，催化性能显著优于其他样品及大多数已报道的CeO2催化剂。碳框架有效防止了反应过程中颗粒团聚，使催化剂具备良好的稳定性。DFT计算进一步解释了N配位削弱Lewis酸性并导致活性下降的微观机制。该工作为高性能CeO2催化剂的简易规模化制备提供了新思路，并强调了在构效关系研究中运用高分辨率表征技术的重要性。