원자의 외곽 전자 구조는 왕왕 금속의 화학적 성질을 결정한다. 금, 은 등 귀금속은 안정적인 전자구조를 갖추고 있어 일반 조건 하에서 다른 화학물질과 반응하기 쉽지 않아 높은 촉매 활성을 보이며 고온, 항산화, 내식성 등 종합적이고 우수한 특성을 갖추고 있어 가장 중요한 촉매제 소재가 된다. 가격이 비싸서 실제 적용이 제한되었다. 동족 비귀금속 구리는 금 은보다 쉽게 얻을 수 있고 저렴하지만, 구리 금속은 촉매 반응에서도 주변 전자를 잃고 산화되기 쉽다. 금속 구리는 산화나 수소화 등 촉매 반응에서 종종 0 가와 1 가 * * * 의 화학상태를 나타내므로 구리 촉매의 화학적 성질이 불안정하다.
구리 촉매제의 안정성을 높이기 위해 연구팀은' 고에너지 플라즈몬 폭격' 방법을 통해 구리의 주변 전자 구조를 바꿔 구리가 귀금속의 특성을 나타내고 촉매 반응에서 0 가 상태를 유지함으로써 금은촉매제를 대체할 수 있게 했다.
연구원들은 옥살산 메틸에스테르가 수소화를 촉매하는 다단계 연결 과정을 탐침 반응으로 삼았다. 고에너지 폭격으로 생성된 구리 나노 입자가 반응 과정에서 금속 상태로 고정될 수 있다는 것을 발견했다. 상당히 넓은 반응 온도 범위 (230-290 C) 에서 에스테르수소화는 열역학은 불리하지만 부가가치가 높은 초기 수소산물 에탄올산에스테르에서 선택성이 87% 에 달하며 귀금속금이나 은의 촉매 성능과 매우 비슷하다. 이 결과는 또한 구리 촉매제가 심도 수소화에 도움이 되는 에틸렌 글리콜, 에탄올 등 알코올 화합물의 전통적 인식을 뒤엎었다.
DFT 이론 계산에 따르면, 0 가 금속 구리의 활성 위치만 존재하는 경우 에스테르수소를 초기 수소화산물 생성 단계에서 조절하여 전통적인 구리 촉매제처럼 과도하게 수소화되는 것을 막을 수 있다. 이 연구는 금속의 수소화 능력을 조절하고 귀금속을 대체하는 촉매제를 설계하기 위한 새로운 전략을 제공한다.