CO2加氢制甲醇Cu/ZnOx/ZrO2催化剂研究获进展

近日，厦门大学研究团队采用共沉淀法制备Cu/ZnOx/ZrO2催化剂，将金属颗粒限域在孔道中，经焙烧后暴露出更多的催化活性位点，提高了催化剂性能。

传统工业CO2制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al2O3在200～300 ℃、5～10 MPa的反应条件下，其催化性能较差，难以满足需求，开发廉价、易得、高效的工业催化剂迫在眉睫。

目前，该领域催化剂主要包括铜基、贵金属和其他催化体系。贵金属催化剂由于其价高难以实现大规模工业化；Cu基催化剂综合性能优而被广泛使用，Cu/ZnO催化剂因其价格低廉且易于改性具有工业应用潜力，但存在稳定性差、产物选择性低的特点。Cu/Zn界面是该催化过程的主要活性位点，但在高温、高压下，金属界面处易发生相分离，Cu颗粒逐渐团聚，从而导致甲醇选择性下降。因此精确设计催化剂的Cu/Zn界面并在反应过程中保持其纳米级结构至关重要。

研究团队通过共沉淀法将金属物种负载到UiO-66孔道中，采用高温焙烧破坏UiO-66结构制得Cu/ZnOx/ZrO2催化剂，使更多的活性位点和金属界面暴露出来，从而提高催化剂性能。

X射线衍射表征结果显示，MOF结构在焙烧后发生分解，UiO-66分解成ZrO2，表面的Cu和Zn金属暴露在外。当反应温度为200 ℃时，催化剂转化率为5.7%，选择性超过90%。该催化剂甲醇收率和时空收率(STY)是Cu/ZnOx@UiO-66的5倍以上，当反应温度升至260 ℃时，STY是Cu/ZnOx@UiO-66的3倍。与工业催化剂Cu/ZnO/Al2O3相比，在相同反应条件下，Cu/ZnOx/ZrO2催化剂在CO2转化率、甲醇选择性和收率等方面具有明显优势，STY是工业催化剂的2倍以上，且该催化剂连续测试50 h以上时，其催化活性仍与初始状态相当，具有工业应用潜力。

该研究有利于解决催化剂中的Cu和ZnO相在高温反应过程中易分离而导致催化活性位点相对较少的问题。同时该设计理念可为以多孔材料为模板合成其他含金属复合材料，以提高其催化性能提供借鉴。