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二氧化碳是來源豐富、價格低廉的化學(xué)原料。甲醇，基本有機(jī)原料之一，多種有機(jī)產(chǎn)品的重要砌塊，也是汽油的替代燃料。工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用來自石油的合成氣生產(chǎn)甲醇。如果能將CO₂作為原料生產(chǎn)甲醇，將具有劃時代的意義，化學(xué)家們也一直在嘗試。但是，這些成果想要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，還需要面對成本、穩(wěn)定性、反應(yīng)條件等等挑戰(zhàn)。

化學(xué)家早些時候已經(jīng)可以在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)氧化銦（indium oxide）催化CO₂直接氫化（hydrogenation）得到甲醇，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）教授Javier Pérez-Ramírez及其同事更進(jìn)一步，使用氧化鋯（ZrO₂）負(fù)載的氧化銦（In₂O₃）催化劑在類似于工業(yè)生產(chǎn)的條件下催化CO₂直接氫化制甲醇。該研究發(fā)表于《Angewandte Chemie International Edition》。（Indium Oxide as a Superior Catalyst for Methanol Synthesis by CO₂ Hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201600943）

在近乎工業(yè)生產(chǎn)的條件下，這種氧化銦催化劑催化CO₂直接氫化制甲醇具有高活性、100%的甲醇選擇性以及極高的穩(wěn)定性（可連續(xù)使用1,000 h），性能遠(yuǎn)勝于工業(yè)上現(xiàn)有的無選擇性且容易失活的Cu/ZnO/Al₂O₃非均相催化體系（在高溫高壓條件下氫化CO₂制甲醇）。

Javier Pérez-Ramírez教授。圖片來源：ETH

機(jī)理研究證明，催化劑表面的氧空位（oxygen vacancies）是反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵所在（如下圖），也證實(shí)了南伊利諾伊大學(xué)葛慶峰（Qingfeng Ge）教授團(tuán)隊(duì)2013年通過理論計(jì)算所預(yù)測的氧化銦催化CO₂氫化制甲醇的反應(yīng)機(jī)制（ACS Catal., 2013, DOI: 10.1021/cs400132a）。

催化劑的表面空位對CO₂氫化制甲醇十分重要。圖片來源：ACS C&EN

ETH的研究人員還通過向初始原料中添加CO以及改變反應(yīng)溫度來優(yōu)化該反應(yīng)，這兩個策略都能調(diào)整氧空位的數(shù)量。

Pérez-Ramírez等人與道達(dá)爾公司（Total）已經(jīng)為該技術(shù)申請了專利，并對該過程進(jìn)行了試點(diǎn)研究，也許CO₂制甲醇的工業(yè)化就在眼前。

Javier Pérez-Ramírez教授是美國麥克儀器公司的忠實(shí)用戶，與美國麥克儀器公司有過多次合作，文中氧化銦催化劑表征采用的是美國麥克儀器公司的三站全功能型多用氣體吸附儀3Flex。這說明，美國麥克儀器公司的3Flex儀器可為客戶提供穩(wěn)定可靠的催化劑表征數(shù)據(jù)，為CO₂制甲醇的工業(yè)化研究提供強(qiáng)有力數(shù)據(jù)的保障。

1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201600943/abstract

2. http://cen.acs.org/articles/94/i13/Carbon-dioxide-hydrogenated-methanol-large.html

——部分內(nèi)容來自X-MOL資訊