研究团队在Applied Catalysis B: Environmental上报道构筑双位点活化H₂尖晶石催化剂助力CO₂加氢制甲醇

►背景介绍

CO₂催化加氢合成甲醇不仅可以有效地“减碳”，还可以用于储存可再生氢能、合成高附加值化学品等，实现碳资源化利用。其中，Cu基催化剂的低成本和高甲醇选择性受到广泛关注。高Cu负载量在反应过程中易烧结导致性能降低，而低Cu负载量又使得催化剂解离H₂能力不足。之前的研究中，H₂的活化中心往往是单位点的，其解离受到极大限制。尖晶石氧化物因其丰富的表面活性位点和对金属颗粒的强锚定作用成为具有潜力的催化剂载体。因此，在本研究中，作者构筑了具有SMSI的低Cu负载量尖晶石型催化剂，并将其用于CO₂加氢合成甲醇反应，同时采用一系列表征探究了Cu与ZnAl₂O₄尖晶石之间的SMSI。高压原位红外结果证明，尖晶石催化剂具有双H₂活化中心，尖晶石中的间隙H原子促进了CO₂向甲酸盐物种的转化，而Cu离解的H₂则可以加快甲酸盐生成甲醇。

►总结与展望

本工作研究了Cu/ZnAl₂O₄催化剂在CO₂催化加氢合成甲醇反应中结构-性能关系。与传统复合氧化物相比，尖晶石型催化剂具有更优异的催化性能。Cu与ZnAl₂O₄之间的强相互作用，一方面可以生成更多的金属载体界面，促进CO₂的吸附活化。另一方面，这种SMSI可以促进Cu物种在尖晶石表面的富集和高分散，增强其对H₂的解离能力，推动反应平衡正向移动。尖晶石中的间隙H原子促进CO₂向甲酸盐的转化，Cu物种解离的H原子加速甲酸盐氢化生成甲醇。双H₂活化中心的提出为提升CO₂加氢合成甲醇反应性能提供了新的研究思路。

该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、辽宁省自然科学基金项目和DICP催化国家重点实验室项目的资助。