CO2加氫制甲醇Cu/ZnOx/ZrO2催化劑研究獲進展

近日，廈門大學研究團隊采用共沉淀法制備Cu/ZnOx/ZrO2催化劑，將金屬顆粒限域在孔道中，經焙燒后暴露出更多的催化活性位點，提高了催化劑性能。

傳統工業CO2制甲醇催化劑Cu/ZnO/Al2O3在200～300 ℃、5～10 MPa的反應條件下，其催化性能較差，難以滿足需求，開發廉價、易得、高效的工業催化劑迫在眉睫。

目前，該領域催化劑主要包括銅基、貴金屬和其他催化體系。貴金屬催化劑由于其價高難以實現大規模工業化；Cu基催化劑綜合性能優而被廣泛使用，Cu/ZnO催化劑因其價格低廉且易于改性具有工業應用潛力，但存在穩定性差、產物選擇性低的特點。Cu/Zn界面是該催化過程的主要活性位點，但在高溫、高壓下，金屬界面處易發生相分離，Cu顆粒逐漸團聚，從而導致甲醇選擇性下降。因此精確設計催化劑的Cu/Zn界面并在反應過程中保持其納米級結構至關重要。

研究團隊通過共沉淀法將金屬物種負載到UiO-66孔道中，采用高溫焙燒破壞UiO-66結構制得Cu/ZnOx/ZrO2催化劑，使更多的活性位點和金屬界面暴露出來，從而提高催化劑性能。

X射線衍射表征結果顯示，MOF結構在焙燒后發生分解，UiO-66分解成ZrO2，表面的Cu和Zn金屬暴露在外。當反應溫度為200 ℃時，催化劑轉化率為5.7%，選擇性超過90%。該催化劑甲醇收率和時空收率(STY)是Cu/ZnOx@UiO-66的5倍以上，當反應溫度升至260 ℃時，STY是Cu/ZnOx@UiO-66的3倍。與工業催化劑Cu/ZnO/Al2O3相比，在相同反應條件下，Cu/ZnOx/ZrO2催化劑在CO2轉化率、甲醇選擇性和收率等方面具有明顯優勢，STY是工業催化劑的2倍以上，且該催化劑連續測試50 h以上時，其催化活性仍與初始狀態相當，具有工業應用潛力。

該研究有利于解決催化劑中的Cu和ZnO相在高溫反應過程中易分離而導致催化活性位點相對較少的問題。同時該設計理念可為以多孔材料為模板合成其他含金屬復合材料，以提高其催化性能提供借鑒。