研究团队在Chemical Engineering Journal上报道蒸氨法调控铜/锌铝尖晶石金属载体相互作用以提高CO₂加氢制甲醇选择性

►背景介绍

自工业革命以来，大气中CO₂浓度与日俱增，引起的一系列温室效应不仅破坏了生态系统平衡，还严重限制人类自身的生存空间和生产活动。通过催化技术将CO₂氢化为甲醇不仅能有效缓解大量CO₂排放造成的环境问题，还能降低人类对化石燃料的过度依赖。尖晶石型金属氧化物由于其稳定的四面体-八面体结构、丰富的表面活性位点和可调节的电子转移特性，在该反应获得了很高的期望。鉴于CO₂加氢制甲醇是一个结构敏感的反应，金属-载体相互作用（MSI）的存在可以在一定程度上影响活性组分在载体表面的状态与化学性质，从而提高催化活性。因此，本研究采用蒸氨法实现了对Cu/ZnAl₂O₄催化剂中MSI的有效调控，提升CO₂催化加氢的甲醇选择性。

►总结与展望

本文以ZnAl₂O₄尖晶石为载体，构建低负载量的Cu基尖晶石催化剂用于CO₂催化加氢制甲醇，并进行了合成方法的调节和Cu负载量的筛选。在4CZA-AE催化剂上，甲醇选择性在220 ^oC、3 MPa条件下达到100%，其时空收率STY=317 g_MeOH·kg_cat^-1·h^-1。该催化剂体系中，尖晶石载体表面的铜物种尺寸比浸渍法制备的样品更小、更分散，与载体形成了更强的相互作用。程序升温脱附与高压原位漫反射红外实验结果表明，Cu和ZnAl₂O₄之间更强的相互作用可以改善尖晶石催化剂的表面碱性位点分布和H₂活化能力，进而促进CO₂的吸附与转化。在Cu/ZnAl₂O₄催化剂上，CO₂加氢生成甲醇遵循甲酸盐反应机理，4CZA-AE催化剂优异的甲醇选择性来自于更高的表面Cu⁺物种含量和中强碱性位点比例。本工作为尖晶石催化剂的结构调控提供了新的可能性。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和大连化学物理研究所催化国家重点实验室基金的支持。