基于Citespace對CO2加氫制甲醇的進(jìn)展研究

王譯偉，李晨陽*，孟慶薇，馮學(xué)付，樊 凱，劉兆煐

（1.吉林建筑大學(xué)松遼流域水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長春 130118；2.榆林市生態(tài)環(huán)境局，陜西榆林 130000；3.長春環(huán)安水質(zhì)監(jiān)測有限公司，吉林長春 130000；4.吉林省長春生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，吉林長春 130000）

1 研究背景

溫室氣體排放是以CO2排放為主的全球性問題，全球排放的CO2約占溫室氣體的77%，對全球環(huán)境有著巨大的影響。我國每年CO2排放量占全球排放量的28%，且在逐年增加[1]，利用科學(xué)技術(shù)解決我國以及全球存在的CO2大量排放問題是該領(lǐng)域研究學(xué)者需努力的方向。Citespace是一個信息可視化分析程序軟件，用于科學(xué)引文分析并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)生成趨勢圖表及共享網(wǎng)絡(luò)，可以清晰地看出研究主題隨時間變化趨勢、熱點(diǎn)關(guān)鍵詞演變等潛在信息，進(jìn)而分析研究技術(shù)與影響因素之間的相互關(guān)系。本文利用科學(xué)計量法對CO2加氫制甲醇技術(shù)進(jìn)行綜合、精準(zhǔn)的全方位分析和預(yù)測，揭示此技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，為未來推動此技術(shù)的研究提供科學(xué)的理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)采集與分析

Web of Science 是大型綜合性、多學(xué)科、核心期刊引文索引數(shù)據(jù)庫，是世界領(lǐng)先的科學(xué)引文搜索和分析信息平臺，是一直被用于學(xué)者查找引文或進(jìn)行引文分析的起點(diǎn)和重要工具。鑒于此，本文采用Citespace.5.8.R3 和R 語言bibliometrix 軟件基于CO2加氫催化劑制甲醇領(lǐng)域?qū)ξ墨I(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)文量、期刊來源、作者對研究熱點(diǎn)進(jìn)行可視化分析，數(shù)據(jù)為Web of Science 核心數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)檢索時間截至2022年5月10 日，搜索關(guān)鍵詞：Topic=（CO2 hydrogenation）and Methanol and catalyst*，時間范圍為1991—2021年，文獻(xiàn)時間跨度：Timespan=all year。對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，對于時間不限的文獻(xiàn)檢索到3 239篇，設(shè)定區(qū)域?yàn)橹袊鴻z索到1 300篇，只保留論文排除其他綜述論文、會議摘要、社論材料等類型，最終確定1 200篇文獻(xiàn)為本文研究對象。

3 結(jié)果分析

3.1 研究論文發(fā)表數(shù)量

為分析中國CO2加氫催化劑制甲醇的研究歷程，對近30 a 發(fā)表文章數(shù)量進(jìn)行圖譜的可視化分析，生成年度出版物數(shù)量圖（圖1），大致可以分為零星分布與迅速增長2個階段。觀察收集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1991—2008年期間的文章發(fā)表量占近30 a 文章總體的6.92%，1991—1996年總體文獻(xiàn)數(shù)量呈零星分布，1997—2008年稍有增加但幅度較小，說明此技術(shù)還處于零散研究期。在2009年各國為減緩全球氣候變暖而召開全球峰會上“低碳減排”口號提出的背景下，2009—2021年發(fā)表數(shù)量呈冪指數(shù)增長，文章發(fā)表量占總體的93.08%，在2021年其發(fā)文量高達(dá)229篇，此技術(shù)在近10 a 內(nèi)得到了持續(xù)顯著的提高和發(fā)展。

圖1 年度出版物數(shù)量

3.2 主要相關(guān)文章來源

通過對CO2加氫催化劑制甲醇領(lǐng)域期刊來源進(jìn)行分析，得到主要相關(guān)研究期刊來源前10名排行表（表1），如表1所示，《ACS CATALYSIS》發(fā)文量高達(dá)69篇，位居研究期刊發(fā)文量第一，《CATALYSIS SCIENCE &TECHNOLOGY》與《JOURNAL OF CATALSIS》發(fā)文量并列第二，均為45篇，其余期刊發(fā)文量依次遞減。《ACS CATALYSIS》在此領(lǐng)域發(fā)展的各個階段都提供了優(yōu)質(zhì)理論文章，如Johnson 等[2]在2015 年研究了CO2作為液體燃料的捕獲和再利用；Wu 等[3]在2017年首次報道了氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)作為CO2加氫的無金屬催化劑的應(yīng)用，利用CO2氫化成有用的化學(xué)品為其再循環(huán)提供了工業(yè)規(guī)模的途徑；Rui 等[4]為找到能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的催化劑，分析了一種In2O3負(fù)載的Au 催化劑，其表現(xiàn)出對CO2選擇性加氫為甲醇的優(yōu)異性能。《ACS CATALYSIS》的發(fā)文量和發(fā)文質(zhì)量展現(xiàn)出了其在CO2加氫催化劑制甲醇領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先的影響力，為該領(lǐng)域?qū)W者提供了強(qiáng)大的理論支撐。

表1 前十名最相關(guān)來源

3.3 研究作者

通過對CO2加氫催化劑制甲醇領(lǐng)域發(fā)文作者進(jìn)行分析，得到最相關(guān)研究作者發(fā)文排行圖譜（圖2），如圖2所示，作者Sun Y H 的發(fā)文量高達(dá)57篇，遠(yuǎn)領(lǐng)先于Wang H 等研究作者的發(fā)文量。Liu 等[5]研究了在Pd/In2O3催化劑上利用CO2加氫制甲醇的過程中，Pd 和氧空位對其反應(yīng)進(jìn)程和速率的影響；Zhang 等[6]用不同的方法制備了一系列甲醇合成催化劑，采用XRD、H2-TPR、CO2-TPD 等技術(shù)系統(tǒng)地研究了催化劑的催化性能，并在微型固定床反應(yīng)器中進(jìn)行了催化活性評價。

圖2 最相關(guān)的作者

3.4 研究趨勢

為探索CO2加氫制甲醇技術(shù)的演變趨勢，利用R語言bibliometrix 軟件以時間為橫軸、以各主題詞為縱軸生成趨勢主題圖（圖3），通過主題出現(xiàn)的頻次推測研究熱點(diǎn)話題。在早期對CO2加氫制甲醇的探索中側(cè)重對chemical-state 的研究，如Hirano 等采用小型實(shí)驗(yàn)裝置考察了CuO-ZnO-Al2O3催化劑和CuO-ZnOAl2O3-Ga2O3-MgO 催化劑的活性和耐久性，證明了后者的催化效果更優(yōu)[7]。主題為carbon-dioxide 的研究引文出現(xiàn)頻次高達(dá)437次，突顯了其在此研究領(lǐng)域的重要地位，如Etim 等[8]通過對20世紀(jì)90年代甲醇生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)行分析，研究了CO2在Cu/ZnO 基催化劑上直接加氫制甲醇的可能性，不僅解決理論和技術(shù)方面的問題，也提供了關(guān)于催化劑改良的深刻見解。近年來，以光催化為代表的利用自然光合作用的光還原CO2的方法掀起熱潮，如Nguyen 等[9]利用不同的可持續(xù)H2源將CO2光還原為增值的有機(jī)產(chǎn)品，其在光催化分解水的過程中直接提供H2源，并可以成功地產(chǎn)生增值有機(jī)產(chǎn)品。可見，CO2加氫制甲醇研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)主題在不斷演變，技術(shù)方法在不斷探索和優(yōu)化。

圖3 趨勢主題圖

4 結(jié)束語

甲醇相對成熟的制烴技術(shù)使其能作為CO2轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品過程中的關(guān)鍵中間產(chǎn)品，CO2加氫制甲醇在未來會成為建立能源循環(huán)的關(guān)鍵反應(yīng)之一，利用催化劑將CO2通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成可再生能源已成為未來的研究趨勢，在催化劑選擇性和催化效率的優(yōu)化及催化劑種類方面的創(chuàng)新也使CO2加氫制甲醇技術(shù)存在巨大的發(fā)展前景。