我组通过CO诱导的Cu-ZnZrOx催化剂重构实现CO/CO2协同共加氢制甲醇

我组通过CO诱导的Cu-ZnZrO_x催化剂重构实现CO/CO₂协同共加氢制甲醇

近日，我组在CO₂资源化利用领域取得重要进展。研究团队通过系统研究CO-CO₂混合气加氢反应，发现在CO₂-H₂原料气引入CO可诱导催化剂发生动态结构重构，显著促进CO₂与CO的协同转化，使甲醇产率提升高达2.2倍。该工作为设计适用于碳高效甲醇合成催化剂提供了新思路。

利用可再生H₂催化CO₂加氢制甲醇被认为是实现碳中和的一条有前景的路径。甲醇合成反应与逆水煤气变换反应（RWGS）存在竞争，反应结果强烈依赖于压力和温度。在工业操作过程（高压（~5 MPa）和中温（473–573 K））过程中，RWGS反应在热力学上占优势，不可避免产生CO，这对高效的CO₂制甲醇转化提出了重大挑战。尽管CO的产生不可避免，但CO对CO₂加氢性能的影响却很少受到关注。

针对上述问题，研究团队探究了CO对CO₂加氢合成甲醇的影响。研究发现，在Cu-ZnZrO_x催化剂中，在CO₂-H₂原料气中引入CO可协同促进CO₂和CO的加氢反应。综合表征与机理研究发现，CO促进Zn物种还原并迁移至Cu表面，诱导催化剂重构形成丰富CuZn合金-ZnO_x界面位点，稳定Cu⁺位点。这些界面实现了协同的双路径机制：CO₂主要在合金-ZnO_x位点通过甲酸盐路径加氢；而CO在Cu位点通过甲酰基路径加氢。CO₂反应产生的水可进一步促进CO路径中决速步CH₃O*物种的转化，从而实现CO-CO₂混合原料气中高效甲醇合成。本工作为高效甲醇催化剂的理性设计提供了思路。

上述成果以“CO-Induced Reconstruction of Cu-ZnZrO_x Catalyst Enables Synergistic CO₂/CO Co-Hydrogenation to Methanol”为题，于近日发表在《Angewandte Chemie International Edition》。该工作的第一作者是兰州大学先进催化中心博士研究生吴晓静。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省科技创新人才项目等的支持。（文/图 吴晓静）

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202525886