厦门大学的CO2加氢制甲醇催化剂Cu/ZnOx/ZrO2研究获进展

近日，厦门大学研究的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MOF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。相关研究成果发表于《催化学报》杂志。

在反应温度200～300 ℃、反应压力5～10 MPa的条件下，传统工业CO2制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al2O3的催化性能较差，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。

该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。XRD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是Cu/ZnOx@UiO-66的5倍以上。当反应温度升至260 ℃时，时空收率是Cu/ZnOx@UiO-66的3倍，达到216.7 g/(kg·h)。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，时空收率是工业催化剂的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制备其他含金属复合材料的高性能催化剂提供借鉴。

[中国石化有机原料科技情报中心站供稿]