隨著化石燃料的逐漸耗盡，其燃燒產生的大量二氧化碳排放帶來了嚴峻環(huán)境問題，能源與環(huán)境雙重挑戰(zhàn)日益凸顯，已對人類生存構成嚴重威脅。在此背景下，通過碳捕獲與利用（CCU）的過程來減少二氧化碳排放成為當前研究的重點方向。將二氧化碳作為化學生產的非傳統(tǒng)且可持續(xù)的碳源加以利用，可減少對石油等化石燃料的依賴，并妥善解決碳排放問題。在眾多的加氫產物中，甲醇是被受青睞的選擇。由于其出色的催化性能和穩(wěn)定性，雙金屬氧化物催化劑已成為該領域最具前景的研究課題。

近日，中國科學院蘭州化學物理研究所低碳催化與二氧化碳利用全國重點實驗室與蘭州大學共同發(fā)表了用于二氧化碳加氫制甲醇的雙金屬氧化物催化劑綜述文章。文章綜述了雙金屬氧化物催化劑在CO₂加氫制甲醇領域的最新研究進展，重點探討了催化劑的分類、制備方法、構效關系、反應機理及工業(yè)化潛力。雙金屬氧化物催化劑因其優(yōu)異的協(xié)同效應、可調控活性位點及優(yōu)異穩(wěn)定性，成為突破傳統(tǒng)銅基催化劑瓶頸的新方向。

文章介紹了雙金屬氧化物催化劑的分類，主要包括Co基氧化物催化劑、In基氧化物催化劑和M_aZrO_x (M_a = Zn,?Cd,?Ga etc.)固溶體催化劑。Co基氧化物催化劑通過界面協(xié)同作用提升CO₂轉化率，但甲醇選擇性較低；In基氧化物催化劑依托氧空位高效活化CO₂和H₂，甲醇選擇性很高。固溶體催化劑通過Zr與M之間的協(xié)同效應和M–O鍵的極化促進H₂異裂解離，其中GaZrO_x催化劑時空產率達760 g_CH3OH+DME kg_cat^?1 h^?1。探討了影響催化性能的關鍵因素，包括晶體結構、助劑和催化劑制備方法。晶體結構調控表面酸堿性、活性組分分散度和載體-活性組分相互作用；助劑調控活化CO₂和H₂的能力和反應中間體的吸附性能；催化劑制備方法調控催化劑結構特性、傳質和活性位點可接近性。此外，文章還對比了幾種催化劑的合成成本和穩(wěn)定性，指出需開發(fā)低In、Ga含量體系，并在工業(yè)化條件下驗證穩(wěn)定性?？偨Y了雙金屬氧化物的催化機理，認為甲酸鹽路徑是主要途徑，其中HCOO*和CH₃O*為關鍵中間體，氧空位與金屬-載體界面協(xié)同促進CO₂吸附與HCOO*中間體氫化，而RWGS路徑可通過調控表面酸堿性選擇性抑制。

研究表明，該領域目前仍存在亟待突破的瓶頸，包括現(xiàn)有體系低溫活性不足、催化劑組成局限及ZrO₂基固溶體的構效關系缺乏理論計算支撐等。未來研究人員將聚焦提高現(xiàn)有雙金屬氧化物催化劑的性能、創(chuàng)建新型催化體系，并對雙金屬協(xié)同作用、活性位點結構、催化反應路徑和動力學過程進行廣泛理論研究。

該文章以“Bimetallic Oxide Catalysts for CO₂ Hydrogenation to Methanol: Recent Advances and Challenges ”為題發(fā)表在Chinese Journal of Catalysis上，吳劍峰副研究員和丑凌軍研究員為共同通訊作者。

二氧化碳加氫制甲醇的雙金屬氧化物綜述