近日，天津大學(xué)化工學(xué)院教授劉昌俊課題組通過密度泛函理論研究了氧化銦負(fù)載的銀催化劑應(yīng)用于二氧化碳加氫制甲醇的可行性，從理論上確定了反應(yīng)轉(zhuǎn)化途徑，并用實(shí)驗(yàn)證明了理論預(yù)測結(jié)果，在負(fù)載銀催化劑高活性、高選擇性二氧化碳加氫合成甲醇實(shí)驗(yàn)方面取得了突破。
在碳中和背景下，二氧化碳如何進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化成為化學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。在可能的各種化學(xué)反應(yīng)中，最有希望開展大規(guī)模應(yīng)用的是二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)。目前，具有高活性和高選擇性的二氧化碳加氫催化劑成為進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。
銀催化劑已被用于研究光催化和電化學(xué)還原二氧化碳。然而，尚未有研究證實(shí)其對于二氧化碳選擇性加氫制甲醇具備高活性。
劉昌俊介紹，自2013年起，他們與合作者通過理論計算和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，含氧空位的氧化銦及其負(fù)載的鈀、鉑、金、鎳、銠、銥等金屬催化劑對于二氧化碳加氫生成甲醇具備很高的甲醇選擇性和較高的活性，氧化銦負(fù)載金屬催化劑也具有很好的穩(wěn)定性。氧化銦負(fù)載銀催化劑應(yīng)用于非均相二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)尚未有研究報道。
在最新的這項(xiàng)研究中，劉昌俊課題組將氧化銦的合作者聚焦在金屬銀催化劑上，通過銀與氧化銦的結(jié)合調(diào)變，使Ag/In?O?催化劑成為二氧化碳加氫合成甲醇的高活性催化劑。
基于理論計算的結(jié)果，研究人員采用沉積沉淀法制備出Ag/In?O?催化劑，并與氧化銦催化劑對比進(jìn)行了反應(yīng)活性評價。對比結(jié)果顯示，銀的加入提升了二氧化碳加氫生成甲醇的能力，明顯降低了其轉(zhuǎn)化的表觀活化能。而穩(wěn)定測試的結(jié)果也說明Ag/In?O?催化劑具備更好的催化穩(wěn)定性，相比In?O?催化劑，反應(yīng)10小時后，活性保持率為90.5%，而In?O?催化劑的活性保持率僅為80.4%。
此外，表征實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，銀的加入能夠促進(jìn)表面氧空位的生成，從而增多氧空位位點(diǎn)的數(shù)量，促進(jìn)二氧化碳的吸附與解離過程。研究人員表示，希望這項(xiàng)工作為高選擇性氧化銦基催化劑的理性設(shè)計提供指導(dǎo)。
據(jù)介紹，二氧化碳制甲醇可以產(chǎn)生三大產(chǎn)業(yè)價值：
一是從工業(yè)生產(chǎn)中回收氫氣和合成氣，和二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，增加產(chǎn)品價值，減少碳排放。
二是提高電廠利用率，利用供需不匹配而過剩的電能彈性電解水制氫，與CO2合成甲醇，不僅削峰填谷，提高設(shè)備利用率，而且增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，減少碳排放。
三是將可再生能源發(fā)電制氫，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，形成低碳運(yùn)輸燃料，沒有碳排放。
二氧化碳加氫合成甲醇一方面可以利用CO2合成化工原料，實(shí)現(xiàn)碳?xì)湓吹难h(huán)利用；另一方面可以與新能源電解制氫、氯堿工業(yè)銜接，實(shí)現(xiàn)氫資源的儲存。該過程曾經(jīng)一度在全球引發(fā)關(guān)于“甲醇經(jīng)濟(jì)”的廣泛探討，但目前二氧化碳制甲醇的催化劑存在轉(zhuǎn)化率和選擇性較差的問題，為此國內(nèi)外一些企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)如丹麥托普索(HaldorTopse)、日本關(guān)西電力公司(Kansai Electric Power)和三菱重工（MitsubishiHeavy Industries）、德國魯奇公司(Lurgi)、韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KOREA Institute of Science and Technology，KIST)等均在攻關(guān)高效催化劑及相應(yīng)技術(shù)。
來源：氣化界
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