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二氧化碳是來(lái)源豐富、價(jià)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(lái)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(shí)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(duì)成本、穩(wěn)定性、反應(yīng)條件等等挑戰(zhàn)。

化學(xué)家早些時(shí)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(wú)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(lái)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(guò)理論計(jì)算所預(yù)測(cè)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(duì)CO₂氫化制甲醇十分重要。圖片來(lái)源：ACS C&EN

ETH的研究人員還通過(guò)向初始原料中添加CO以及改變反應(yīng)溫度來(lái)優(yōu)化該反應(yīng)，這兩個(gè)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(qǐng)了專利，并對(duì)該過(guò)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(guó)麥克儀器公司的忠實(shí)用戶，與美國(guó)麥克儀器公司有過(guò)多次合作，文中氧化銦催化劑表征采用的是美國(guó)麥克儀器公司的三站全功能型多用氣體吸附儀3Flex。這說(shuō)明，美國(guó)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(lái)自X-MOL資訊