ChemCatChem:合金催化剂在二氧化碳加氢制甲醇中的研究进展及展望

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减少人为二氧化碳(CO₂)排放已成为国际社会共同面临的挑战,将CO₂转化为高附加值化学品和燃料成为了一种既环保又经济的解决方案。其中,CO₂选择性加氢制甲醇作为其中的一条重要途径,受到了学界和工业界广泛关注。在这一反应过程中,催化剂的选择和设计起着至关重要的作用,合金催化剂以其独特的电子和几何特性,在CO₂加氢制甲醇反应中表现出了优异的催化性能。


华中科技大学环境科学与工程学院郭利民团队通过综述的方式,梳理了固溶体合金和金属间化合物(主要是铜基、铟基、镓基以及其他合金催化剂)在CO₂加氢制甲醇异相催化中的研究进展,并对未来该领域研究进行了展望。



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图1 用于二氧化碳制甲醇的常见合金催化剂

合金化是一种有效提高催化剂性能的方法。通过添加第二种金属与活性金属合金化,可以显著改变活性金属的电子和几何状态,进而优化其对CO₂的吸附和活化能力。此外,合金催化剂对反应条件的适应性也更强,能够在更宽的温度和压力范围内保持稳定的催化性能。

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图2 合金化在催化中的作用概述。(a) 电子效应示意图。(b) 电子效应引起的电荷转移和 (c) 能带改变;(d) 集合效应(配位数)。(e)(f) 通过集合效应改变吸附强度和构象的例子。

讨论了铜基、铟基、镓基等主流合金催化剂的催化性能和活性位点。这些催化剂在CO₂加氢制甲醇反应中均表现出了较高的活性和选择性。同时对合金催化剂在反应过程中可能存在的活性位点进行了讨论,对未来的催化剂设计进行了展望。


合金催化剂在CO₂加氢制甲醇反应中展现出了巨大的潜力和应用价值。通过合金化策略,可以有效提高催化剂的性能,优化其对CO₂的吸附和活化能力。此外,合金催化剂对反应条件的适应性也更强,为工业应用提供了更广阔的空间。随着对合金催化剂作用机制的深入理解以及制备技术的不断进步,合金催化剂将在CO₂加氢制甲醇等绿色化学领域发挥更加重要的作用。

文信息

Recent Advances in Alloy Catalysts for CO2 Hydrogenation to Methanol

Biao Gao, Zhang Wen, Yifu Wang, Donghang Chen, Bin Yang, Tatsumi Ishihara, Limin Guo

第一作者为华中科技大学环境科学与工程学院博士生高彪,通讯作者为郭利民教授。


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202400814




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