基于Citespace对CO2加氢制甲醇的进展研究

2023-07-03王译伟李晨阳孟庆薇冯学付刘兆煐

化工设计通讯 2023年6期

王译伟，李晨阳*，孟庆薇，冯学付，樊凯，刘兆煐

（1.吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，吉林长春 130118；2.榆林市生态环境局，陕西榆林 130000；3.长春环安水质监测有限公司，吉林长春 130000；4.吉林省长春生态环境监测中心，吉林长春 130000）

1 研究背景

温室气体排放是以CO2排放为主的全球性问题，全球排放的CO2约占温室气体的77%，对全球环境有着巨大的影响。我国每年CO2排放量占全球排放量的28%，且在逐年增加[1]，利用科学技术解决我国以及全球存在的CO2大量排放问题是该领域研究学者需努力的方向。Citespace是一个信息可视化分析程序软件，用于科学引文分析并根据统计数据生成趋势图表及共享网络，可以清晰地看出研究主题随时间变化趋势、热点关键词演变等潜在信息，进而分析研究技术与影响因素之间的相互关系。本文利用科学计量法对CO2加氢制甲醇技术进行综合、精准的全方位分析和预测，揭示此技术的发展规律，为未来推动此技术的研究提供科学的理论依据。

2 数据采集与分析

Web of Science 是大型综合性、多学科、核心期刊引文索引数据库，是世界领先的科学引文搜索和分析信息平台，是一直被用于学者查找引文或进行引文分析的起点和重要工具。鉴于此，本文采用Citespace.5.8.R3 和R 语言bibliometrix 软件基于CO2加氢催化剂制甲醇领域对文献数据的发文量、期刊来源、作者对研究热点进行可视化分析，数据为Web of Science 核心数据集，数据检索时间截至2022年5月10 日，搜索关键词：Topic=（CO2 hydrogenation）and Methanol and catalyst*，时间范围为1991—2021年，文献时间跨度：Timespan=all year。对检索数据进行记录和统计，对于时间不限的文献检索到3 239篇，设定区域为中国检索到1 300篇，只保留论文排除其他综述论文、会议摘要、社论材料等类型，最终确定1 200篇文献为本文研究对象。

3 结果分析

3.1 研究论文发表数量

为分析中国CO2加氢催化剂制甲醇的研究历程，对近30 a 发表文章数量进行图谱的可视化分析，生成年度出版物数量图（图1），大致可以分为零星分布与迅速增长2个阶段。观察收集的数据发现，1991—2008年期间的文章发表量占近30 a 文章总体的6.92%，1991—1996年总体文献数量呈零星分布，1997—2008年稍有增加但幅度较小，说明此技术还处于零散研究期。在2009年各国为减缓全球气候变暖而召开全球峰会上“低碳减排”口号提出的背景下，2009—2021年发表数量呈幂指数增长，文章发表量占总体的93.08%，在2021年其发文量高达229篇，此技术在近10 a 内得到了持续显著的提高和发展。

图1 年度出版物数量

3.2 主要相关文章来源

通过对CO2加氢催化剂制甲醇领域期刊来源进行分析，得到主要相关研究期刊来源前10名排行表（表1），如表1所示，《ACS CATALYSIS》发文量高达69篇，位居研究期刊发文量第一，《CATALYSIS SCIENCE &TECHNOLOGY》与《JOURNAL OF CATALSIS》发文量并列第二，均为45篇，其余期刊发文量依次递减。《ACS CATALYSIS》在此领域发展的各个阶段都提供了优质理论文章，如Johnson 等[2]在2015 年研究了CO2作为液体燃料的捕获和再利用；Wu 等[3]在2017年首次报道了氮掺杂石墨烯量子点作为CO2加氢的无金属催化剂的应用，利用CO2氢化成有用的化学品为其再循环提供了工业规模的途径；Rui 等[4]为找到能够实现高转化率和高选择性的催化剂，分析了一种In2O3负载的Au 催化剂，其表现出对CO2选择性加氢为甲醇的优异性能。《ACS CATALYSIS》的发文量和发文质量展现出了其在CO2加氢催化剂制甲醇领域遥遥领先的影响力，为该领域学者提供了强大的理论支撑。

表1 前十名最相关来源

3.3 研究作者

通过对CO2加氢催化剂制甲醇领域发文作者进行分析，得到最相关研究作者发文排行图谱（图2），如图2所示，作者Sun Y H 的发文量高达57篇，远领先于Wang H 等研究作者的发文量。Liu 等[5]研究了在Pd/In2O3催化剂上利用CO2加氢制甲醇的过程中，Pd 和氧空位对其反应进程和速率的影响；Zhang 等[6]用不同的方法制备了一系列甲醇合成催化剂，采用XRD、H2-TPR、CO2-TPD 等技术系统地研究了催化剂的催化性能，并在微型固定床反应器中进行了催化活性评价。

图2 最相关的作者

3.4 研究趋势

为探索CO2加氢制甲醇技术的演变趋势，利用R语言bibliometrix 软件以时间为横轴、以各主题词为纵轴生成趋势主题图（图3），通过主题出现的频次推测研究热点话题。在早期对CO2加氢制甲醇的探索中侧重对chemical-state 的研究，如Hirano 等采用小型实验装置考察了CuO-ZnO-Al2O3催化剂和CuO-ZnOAl2O3-Ga2O3-MgO 催化剂的活性和耐久性，证明了后者的催化效果更优[7]。主题为carbon-dioxide 的研究引文出现频次高达437次，突显了其在此研究领域的重要地位，如Etim 等[8]通过对20世纪90年代甲醇生产的技术进行分析，研究了CO2在Cu/ZnO 基催化剂上直接加氢制甲醇的可能性，不仅解决理论和技术方面的问题，也提供了关于催化剂改良的深刻见解。近年来，以光催化为代表的利用自然光合作用的光还原CO2的方法掀起热潮，如Nguyen 等[9]利用不同的可持续H2源将CO2光还原为增值的有机产品，其在光催化分解水的过程中直接提供H2源，并可以成功地产生增值有机产品。可见，CO2加氢制甲醇研究领域的热点主题在不断演变，技术方法在不断探索和优化。