二氧化碳加氫合成甲醇研究獲突破

近日，天津大學(xué)化工學(xué)院教授劉昌俊課題組通過密度泛函理論研究了氧化銦負(fù)載的銀催化劑應(yīng)用于二氧化碳加氫制甲醇的可行性，從理論上確定了反應(yīng)轉(zhuǎn)化途徑，并用實(shí)驗(yàn)證明了理論預(yù)測結(jié)果，在負(fù)載銀催化劑高活性、高選擇性二氧化碳加氫合成甲醇實(shí)驗(yàn)方面取得了突破。

在碳中和背景下，二氧化碳如何進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化成為化學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。在可能的各種化學(xué)反應(yīng)中，最有希望開展大規(guī)模應(yīng)用的是二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)。目前，具有高活性和高選擇性的二氧化碳加氫催化劑成為進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。

銀催化劑已被用于研究光催化和電化學(xué)還原二氧化碳。然而，尚未有研究證實(shí)其對于二氧化碳選擇性加氫制甲醇具備高活性。自2013年起，該團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，含氧空位的氧化銦及其負(fù)載的鈀、鉑、金、鎳、銠、銥等金屬催化劑對于二氧化碳加氫生成甲醇具備很高的甲醇選擇性和較高的活性，氧化銦負(fù)載金屬催化劑也具有很好的穩(wěn)定性。氧化銦負(fù)載銀催化劑應(yīng)用于非均相二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)尚未有研究報(bào)道。

在最新的這項(xiàng)研究中，劉昌俊課題組將氧化銦的合作者聚焦在金屬銀催化劑上，通過銀與氧化銦的結(jié)合調(diào)變，使Ag/In2O3催化劑成為二氧化碳加氫合成甲醇的高活性催化劑。

研究人員首先通過密度泛函理論計(jì)算，分析了銀與含氧空位氧化銦表面之間的相互作用。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者之間的界面位點(diǎn)能夠很好地活化二氧化碳分子，使其更容易在該位點(diǎn)發(fā)生加氫反應(yīng)。

基于理論計(jì)算的結(jié)果，研究人員采用沉積沉淀法制備出Ag/In2O3催化劑，并與氧化銦催化劑對比進(jìn)行了反應(yīng)活性評價(jià)。對比結(jié)果顯示，銀的加入提升了二氧化碳加氫生成甲醇的能力，明顯降低了其轉(zhuǎn)化的表觀活化能。而穩(wěn)定測試的結(jié)果也說明Ag/In2O3催化劑具備更好的催化穩(wěn)定性，相比In2O3催化劑，反應(yīng)10 h后，活性保持率為90.5%，而In2O3催化劑的活性保持率僅為80.4%。

此外，表征實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，銀的加入能夠促進(jìn)表面氧空位的生成，從而增多氧空位位點(diǎn)的數(shù)量，促進(jìn)二氧化碳的吸附與解離過程。研究人員表示，希望這項(xiàng)工作為高選擇性氧化銦基催化劑的理性設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。