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在原子尺度上研究氧化物表面的催化氫化反應一直具有挑戰性，因為這些過程通常發生在環境或高壓下，使得它們比原子尺度的技術更難實現。

基于此，上海科技大學楊帆副教授和中國科學技術大學李微雪教授等人報道了使用環境壓力掃描隧道顯微鏡（AP-STM），環境壓力X射線光電子能譜和密度泛函理論（DFT）計算對ZnO上H₂解離和CO/CO₂加氫的原子尺度研究。300 K時CO或CO₂在ZnO表面的存在不會阻礙H₂解離的表面位點的可用性，而CO甚至可以增強共吸附氫化物的穩定性，從而促進它們的解離吸附。

通過密度泛函理論（DFT）計算表明，CO₂與氫化物在表面Zn_3c位點上鍵合，可很容易地形成甲酸態。CO₂與氫化物的結合能壘低至0.30 eV，反應能為0.09 eV。

形成的甲酸鹽物種通過Zn-O鍵以單鏈構型（HCOO_m*）結合在Zn_3c位點上，再通過兩個Zn-O鍵（HCOO_b*）翻轉與兩個Zn_3c位點形成雙牙齒配位，從而發生結構弛緩，放熱強度為-1.35 eV，勢壘為0.21 eV。結果表明，CO₂和H₂在熱力學和動力學上都有利于甲酸鹽的生成。

DFT計算結果表明，首先CO與氫化物結合形成HCO*，吸熱0.06 eV，能壘0.61 eV，然后形成的HCO*與表面晶格O進一步反應形成三齒構型（HCOO_L*），能壘為1.06 eV，反應能為-0.39 eV。HCO*的勢壘較低，更傾向于反向解離成CO和氫化物，因此CO很難直接氫化生成甲酸鹽。

CO在ZnO(1010)上加氫為以下兩步機制：CO首先在ZnO(1010)的?0001?步驟被氧化成CO₂；生成的CO₂在ZnO(1010)平臺上擴散，與氫化物反應生成甲酸鹽。

Atomic-Scale Visualization of Heterolytic H₂?Dissociation and CO_x?Hydrogenation on ZnO under Ambient Conditions.?J. Am. Chem. Soc.,?2023, DOI: 10.1021/jacs.3c08085.

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