中科大化学与材料科学院黄伟新教授课题组的团队与李微雪教授合作，在固体表面催化作用及晶面效应方面取得重要进展。他们揭示了一种低温水气变换反应的高效低温水气变换催化剂，该催化剂通过设计合成了ZnO/Cu纳米晶体来实现。传统研究方法是基于单晶催化剂的超高真空表面化学研究，但由于实际催化反应体系与研究之间存在“压力鸿沟”和“材料鸿沟”，所获得的研究结果不能简单推广到实际催化反应体系。黄伟新教授提出了一种从单晶到纳米晶的催化体系研究思路，在尽可能接近真实催化反应体系的条件下开展催化表面化学研究。他们通过研究Cu2O纳米晶表面的重构和CO氧化反应催化性能以及丙烯空气氧化反应催化性能，发现暴露晶面的Cu立方体催化活性最高，而暴露晶面的Cu八面体基本没有活性。系统的原位结构表征结果表明Cu纳米晶表面的Cu-CuxO界面是催化水气变换反应的活性中心，Cu立方体表面的Cu-CuxO界面能够高效催化水气变换反应，而Cu八面体表面的Cu-CuxO界面在反应过程中形成强吸附的甲酸盐，在低温下发生累积并最终导致催化剂中毒。李微雪教授课题组的理论计算结果进一步证实了实验结果，指出Cu-Cu2O界面的物种稳定性远高于Cu-Cu2O界面的物种，是导致催化剂中毒的真正甲酸盐物种。基于这一结果，黄伟新教授团队设计合成了ZnO/Cu纳米立方体催化剂，表现出非常高的催化活性，表观活化能仅为32.4kJ/mol，远低于商品化Cu/ZnO/催化剂。