【中國科學報】二氧化碳加氫制備甲醇催化材料調(diào)控研究獲進展(2025.12.19)
文章來源:中國科學報 朱漢斌 | 發(fā)布時間:2025-12-22 | 【打印】 【關閉】
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中國科學院廣州能源研究所研究員亓偉團隊攜手上海同步輻射光源的科研人員,在二氧化碳加氫制備甲醇催化材料調(diào)控領域取得重要進展。近日,相關成果發(fā)表于《ACS催化》(ACS Catalysis)。
隨著化石資源持續(xù)大量消耗,大量二氧化碳被排放至大氣中,加劇了全球變暖等嚴峻環(huán)境問題。在此背景下,降低二氧化碳排放、提升其捕獲與利用效率已成為全球亟待解決的緊迫任務。將二氧化碳轉化為非化石來源的化學品,如甲醇,被視為解決這一問題的關鍵途徑之一。因此,開發(fā)高性能的二氧化碳加氫催化劑,以實現(xiàn)甲醇的高效制備,成為當前科研領域的關注焦點。

氧化鎳團簇增強二氧化碳加氫制備甲醇性能示意圖。研究團隊供圖
截至目前,科研人員已報道了多種類型的甲醇催化劑,涵蓋Cu/ZnO基催化劑、二元氧化物以及二硫化鉬基催化劑等。其中,氧化銦因其表面易還原形成活性氧空位(OV)位點的特性,被證實是新一代具有潛力的甲醇催化劑?,F(xiàn)有研究表明,在催化材料表面負載Pt、Ni等具有較強活化氫能力的金屬,能夠顯著增強甲醇的合成速率。然而,目前甲醇的制備效率仍有待進一步提高。
亓偉團隊在前期研究的基礎上,創(chuàng)新性地采用了一種簡單的表面工程策略。他們將氧化鎳團簇精準錨定在商業(yè)氧化銦的表面,成功實現(xiàn)了甲醇合成效率的顯著提升。
為深入探究其作用機制,團隊開展了一系列深入表征。結果顯示,錨定的氧化鎳團簇能夠促進電子從氧化鎳向氧化銦表面轉移,加速氧化銦表面的還原過程,進而產(chǎn)生更多活性氧空位(OV)位點。高壓原位DRIFTS實驗進一步證實,氧化鎳團簇可同時促進甲酸鹽及中間產(chǎn)物甲氧基的形成,為甲醇的生成提供了有利條件。準原位X射線吸收譜實驗表明,錨定的氧化鎳團簇在反應初期發(fā)生部分還原,隨后保持穩(wěn)定的氧化狀態(tài)。理論計算則揭示,氧化鎳團簇有利于氫氣的活化,不僅促進表面形成更多活性OV,還為逐步加氫制備甲醇提供了豐富的活性H物種。
該研究通過創(chuàng)新的表面工程策略,成功提升了二氧化碳加氫制備甲醇的效率,為高效催化劑的設計合成提供了全新的思路與理論依據(jù)。
相關論文信息:https://doi.org/10.1021/acscatal.5c06734
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