納米催化劑在CO2 加氫制甲醇中的研究進展

李貴賢, 田 濤, 張 琪, 李晗旭, 董 鵬, 李紅偉

（蘭州理工大學 石油化工學院 甘肅省低碳能源化工重點實驗室，甘肅 蘭州 730050）

二氧化碳的排放急劇增加, 導致的氣候變化和全球變暖對人類來說已經成為一項巨大挑戰. 鑒于此, 我國提出“碳中和”和“ 碳達峰”遠景目標. 甲醇（CH3OH）是工業化學品的關鍵原料, 可進一步轉化為高分子替代液體燃料［1］, 利用可再生的氫能源將溫室氣體CO2還原成高附加值的甲醇是實現“碳中和”的有效途徑［2］. 2010 年, 液化空氣研發有限公司和魯奇有限公司報道了工業Cu/ZnO/Al2O3催化劑CO2單程轉化率在35%～45%之間, 催化劑在投產的前100 h 內略有失活, 在隨后的600 h內保持穩定運行, 甲醇的時空產率（STY）約為0.6 kg·Lcat-1·h-1. 2019 年, 中石油與大連化學物理研究所合作開展了CO2制甲醇中試, CO2轉化率大于20%, 甲醇選擇性為70%［3］. 目前在工業上應用廣泛的Cu-Zn 催化劑, 仍然存在轉化率、 選擇性較低, 壽命短的短板［4］. 因此, 高效催化劑的研究始終是CO2加氫制甲醇的關鍵, 而納米材料因其量子尺寸效應在催化反應中有著獨特的優勢. 我們探討了CO2加氫制甲醇的機理研究, 綜述了納米材料在CO2加氫制甲醇中的應用并給出研發高效催化劑可能的方向.

1 CO2加氫制甲醇機理研究

了解反應機理是制備高效催化劑的關鍵, 現有關于CO2制甲醇合成機理大部分都是建立在Cu 基催化劑的基礎上［5-8］, 按照反應途徑及中間關鍵體上的區別可劃為3 類: HCOO*為關鍵中間體甲酸鹽（HCOO*）機理［8-12］、 CO 為關鍵中間體的RWGS（逆水煤氣）機理［13-14,6,15-17］及HCOOH*為關鍵中間體trans-HOCO*機理［18-20］（如……