二氧化碳加氢合成甲醇研究获突破
近日，天津大学化工学院教授刘昌俊课题组通过密度泛函理论研究了氧化铟负载的银催化剂应用于二氧化碳加氢制甲醇的可行性，从理论上确定了反应转化途径，并用实验证明了理论预测结果，在负载银催化剂高活性、高选择性二氧化碳加氢合成甲醇实验方面取得了突破。
在碳中和背景下，二氧化碳如何进行高效转化成为化学家关注的焦点。在可能的各种化学反应中，最有希望开展大规模应用的是二氧化碳加氢生成甲醇的反应。目前，具有高活性和高选择性的二氧化碳加氢催化剂成为进一步应用的关键。
银催化剂已被用于研究光催化和电化学还原二氧化碳。然而，尚未有研究证实其对于二氧化碳选择性加氢制甲醇具备高活性。
刘昌俊介绍，自2013年起，他们与合作者通过理论计算和实验证实，含氧空位的氧化铟及其负载的钯、铂、金、镍、铑、铱等金属催化剂对于二氧化碳加氢生成甲醇具备很高的甲醇选择性和较高的活性，氧化铟负载金属催化剂也具有很好的稳定性。氧化铟负载银催化剂应用于非均相二氧化碳加氢制甲醇反应尚未有研究报道。
在最新的这项研究中，刘昌俊课题组将氧化铟的合作者聚焦在金属银催化剂上，通过银与氧化铟的结合调变，使Ag/In₂O₃催化剂成为二氧化碳加氢合成甲醇的高活性催化剂。
基于理论计算的结果，研究人员采用沉积沉淀法制备出Ag/In₂O₃催化剂，并与氧化铟催化剂对比进行了反应活性评价。对比结果显示，银的加入提升了二氧化碳加氢生成甲醇的能力，明显降低了其转化的表观活化能。而稳定测试的结果也说明Ag/In₂O₃催化剂具备更好的催化稳定性，相比In₂O₃催化剂，反应10小时后，活性保持率为90.5%，而In₂O₃催化剂的活性保持率仅为80.4%。
此外，表征实验也证实，银的加入能够促进表面氧空位的生成，从而增多氧空位位点的数量，促进二氧化碳的吸附与解离过程。研究人员表示，希望这项工作为高选择性氧化铟基催化剂的理性设计提供指导。
据介绍，二氧化碳制甲醇可以产生三大产业价值：
一是从工业生产中回收氢气和合成气，和二氧化碳反应生成甲醇，增加产品价值，减少碳排放。
二是提高电厂利用率，利用供需不匹配而过剩的电能弹性电解水制氢，与CO2合成甲醇，不仅削峰填谷，提高设备利用率，而且增强了电网的稳定性，减少碳排放。
三是将可再生能源发电制氢，将二氧化碳转化为甲醇，形成低碳运输燃料，没有碳排放。
二氧化碳加氢合成甲醇一方面可以利用CO2合成化工原料，实现碳氢源的循环利用；另一方面可以与新能源电解制氢、氯碱工业衔接，实现氢资源的储存。该过程曾经一度在全球引发关于“甲醇经济”的广泛探讨，但目前二氧化碳制甲醇的催化剂存在转化率和选择性较差的问题，为此国内外一些企业与研究机构如丹麦托普索(HaldorTopse)、日本关西电力公司(Kansai Electric Power)和三菱重工（MitsubishiHeavy Industries）、德国鲁奇公司(Lurgi)、韩国科学技术研究院(KOREA Institute of Science and Technology，KIST)等均在攻关高效催化剂及相应技术。