氧化铜（CuO）因具有可变价态（Cu²⁺/Cu⁺/Cu⁰）、较高的比表面积和表面活性位点，且成本低、环境友好，在催化剂领域应用广泛，既可作为主催化剂直接参与反应，也可作为助催化剂或催化剂载体调控反应活性与选择性。以下按核心反应类型，详细介绍其具体应用、作用机制及典型场景：
氧化铜的核心优势是能提供活性氧物种（如晶格氧、表面吸附氧），促进有机分子或无机小分子的氧化，尤其适用于选择性氧化和完全氧化反应。
目标是将反应物氧化为特定中间产物（而非完全氧化为 CO₂和 H₂O），广泛用于精细化工合成。
甲醇脱氢 / 氧化制甲醛
这是氧化铜最经典的工业应用之一：以 CuO-ZnO-Al₂O₃（或 CuO-SiO₂）为催化剂，在 250-350℃、常压下，甲醇（CH₃OH）先被 CuO 氧化为甲醛（HCHO），同时 CuO 被还原为 Cu₂O 或 Cu；随后，还原态的 Cu（或 Cu₂O）再被空气中的 O₂氧化回 CuO，完成 “氧化 - 还原” 循环（反应式：CH₃OH + ½O₂ → HCHO + H₂O）。
优势：选择性高达 90% 以上，副产物少，适用于大规模甲醛生产（甲醛用于制造树脂、塑料、消毒剂等）。
乙醇氧化制乙醛 / 乙酸
其他精细化工氧化
如苯酚氧化制苯醌、环己醇氧化制环己酮（用于尼龙合成）、烯烃氧化制环氧烷烃等，CuO 通过调控表面活性氧的释放速率，实现对目标产物的高选择性。
用于消除工业尾气或室内空气中的有毒有害气体（如 CO、VOCs），将其完全氧化为无害的 CO₂和 H₂O。
CO 氧化消除
CO 是汽车尾气、工业炉窑尾气中的主要有毒成分，CuO（常与 CeO₂、Al₂O₃复合）可在低温（80-200℃）下催化 CO 氧化：CO + ½O₂ → CO₂。
作用机制：Cu²⁺与 CO 结合形成吸附态 CO-Cu²⁺，随后 Cu²⁺获得电子被还原为 Cu⁺，CO 被氧化为 CO₂；Cu⁺再被空气中的 O₂氧化为 Cu²⁺，完成循环。该催化剂可用于汽车尾气净化器（辅助贵金属催化剂降低成本）或室内空气净化器。
挥发性有机化合物（VOCs）氧化
针对苯、甲苯、二甲苯（BTX）、甲醛等 VOCs（来源：涂料、家具、化工生产），CuO 基催化剂（如 CuO/Al₂O₃、CuO/ZrO₂）可在 250-400℃下将其完全氧化。例如，甲苯氧化反应：C₇H₈ + 9O₂ → 7CO₂ + 4H₂O。
优势：相比贵金属催化剂（如 Pt、Pd），CuO 成本更低，且对含氯 VOCs（如氯苯）的耐受性更强（不易因 “氯中毒” 失活）。
氧化铜的可变价态使其在还原反应中可作为电子转移媒介，尤其适用于加氢还原和NOₓ还原，在能源转化和环保领域意义重大。
CO₂加氢制甲醇 / 甲酸
应对 “碳中和” 需求，CO₂加氢转化为高附加值化学品是研究热点。CuO-ZnO-ZrO₂（或 CuO-ZnO-Al₂O₃）是该反应的经典催化剂：在 200-300℃、3-5 MPa 下，CO₂先与 H₂反应生成中间产物（如 HCOO⁻、CO），再在 Cu⁰/Cu⁺活性位点上进一步加氢为甲醇（CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O）或甲酸（CO₂ + H₂ → HCOOH）。
关键：CuO 在反应前需被 H₂还原为 Cu⁰（活性中心），ZnO/ZrO₂则通过调控 Cu 的分散度和电子态，提升催化活性与甲醇选择性。
硝基化合物加氢制芳香胺
芳香胺（如苯胺）是染料、医药的重要原料，其制备依赖硝基苯（C₆H₅NO₂）加氢。CuO/Al₂O₃（或 CuO/SiO₂）催化剂可在 150-250℃、常压下实现该反应：C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O。
优势：相比传统的铁粉还原法，CuO 催化加氢无废渣产生，更环保；相比贵金属催化剂，成本更低，适合工业化生产。
NOₓ（NO、NO₂）是酸雨、光化学烟雾的主要成因，需通过 “选择性催化还原（SCR）” 或 “选择性非催化还原（SNCR）” 消除。
NH₃-SCR 脱硝
在电厂、钢铁厂的烟气脱硝中，CuO 基催化剂（如 CuO/Zeolite，分子筛负载 CuO）可在 200-400℃下，利用 NH₃作为还原剂将 NOₓ还原为 N₂：4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O。
作用机制：Cu²⁺在分子筛孔道内吸附 NH₃形成 NH₄⁺，随后与 NOₓ反应生成 N₂，Cu²⁺/Cu⁺的价态循环保证反应持续进行。该催化剂的优势是抗硫性较好（相比 V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，不易因 SO₂生成硫酸盐失活）。
CO 还原 NO
在汽车尾气处理中，CuO-CeO₂复合催化剂可利用尾气中的 CO 直接还原 NO：2NO + 2CO → N₂ + 2CO₂。CeO₂的作用是储存 / 释放氧，调控 CuO 的氧化还原能力，提升低温（<200℃）催化活性，弥补贵金属催化剂在低温段的活性不足。
除直接作为主催化剂外，CuO 常以 “助催化剂” 或 “载体” 形式调控其他催化剂的性能，核心作用是提升活性中心分散度、优化电子结构、增强稳定性。
提升贵金属催化剂活性
在 Pt/C、Pd/Al₂O₃等贵金属催化剂中添加少量 CuO，可通过 “金属 - 金属氧化物相互作用”：① 减小贵金属颗粒尺寸（提升分散度）；② 调控贵金属表面电子态（如使 Pt 更易吸附反应物），从而降低反应活化能。例如，在燃料电池的氧还原反应（ORR）中，CuO 修饰的 Pt/C 催化剂，其 ORR 活性比纯 Pt/C 提升 30%-50%。
增强过渡金属氧化物催化剂稳定性
在 MnO₂、Co₃O₄等过渡金属氧化物催化剂中引入 CuO，可形成固溶体（如 Cu-Mn-O、Cu-Co-O），抑制活性组分的烧结（高温下颗粒长大），延长催化剂寿命。例如，CuO-MnO₂复合催化剂用于 VOCs 氧化时，使用寿命比纯 MnO₂延长 2-3 倍。
CuO 本身具有一定比表面积（尤其是纳米级 CuO），可作为载体负载其他活性组分（如 Au、Ag、Ni 等），形成 “活性组分 @CuO” 结构：
Au/CuO 催化剂
纳米 Au 颗粒负载在 CuO 表面，可用于低温 CO 氧化（甚至在 - 50℃下仍有活性），CuO 的作用是：① 锚定 Au 颗粒（防止团聚）；② 提供表面氧物种，促进 CO 氧化。
Ni/CuO 催化剂
用于甲烷重整制合成气（CO + H₂），CuO 可抑制 Ni 颗粒烧结，并通过 Ni-Cu 合金化调控活性位点，提升甲烷转化率和抗积碳能力（减少反应中碳沉积导致的催化剂失活）。
