路勇教授课题组在二氧化碳加氢合成甲醇的研究中取得重要进展

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华东师范大学化学与分子工程学院、上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室路勇教授课题组在二氧化碳加氢高效合成甲醇的研究中取得重要进展，相关成果《富氧缺陷金属氧化物负载纳米金属间化合物InNi3C0.5用于二氧化碳加氢高效合成甲醇》(Oxygen-deficient metal oxides supported nano-intermetallic InNi3C0.5 towards efficient CO2 hydrogenation to methanol)发表于Science出版集团子刊《Science Advances》上（2021, 7(32), eabi6012）。博士生蒙超为论文第一作者，华东师范大学路勇教授、赵国锋副研究员和上海工程技术大学史雪荣副教授为论文共同通讯作者，华东师范大学为第一完成单位。
　　二氧化碳是地球大气的重要组成部分，在全球碳循环中起着至关重要的作用。伴随全球经济高速发展，化石能源大量消耗，全球二氧化碳浓度在过去的60年间迅速从300 ppmv上升至415 ppmv，导致全球生态系统碳循环严重失衡，进而引起全球变暖、冰川融化及海洋酸化等一系列环境生态问题，给人类可持续发展带来严重威胁。因此，二氧化碳的捕获与高效转化利用，对化解全球环境生态危机与助力我国“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要意义。在多相热催化领域，随着光伏、风电等可再生能源电解水制氢技术的日趋成熟，通过催化加氢将二氧化碳转化为甲醇，是一条规模化利用二氧化碳的可行途径。生成的甲醇可用于生产低碳烯烃、芳烃等高附加值化学品，也可用作或用来生产替代汽油、柴油的清洁燃料。另外，二氧化碳加氢合成甲醇过程在氢气的储存与跨区域运输、散布式氢氧燃料电池能源系统等的开发利用方面也潜力巨大。然而，用于该反应过程的催化剂体系普遍存在活性低、选择性差、易失活、时空产率低等问题，高效二氧化碳加氢合成甲醇催化剂的创制仍面临挑战。
　　路勇教授课题组前期通过理论计算，预测InNi3C0.5金属间化合物是一种有潜力的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂（iScience 2019, 17, 315-324），但催化活性有待提高。在本研究中，课题组通过InNi3C0.5金属间化合物的纳米化负载和电子金属载体相互作用（EMSI）的裁剪调控，研制出一种新型、高效二氧化碳直接加氢合成甲醇催化剂，具有转化率高、目标产物甲醇选择性高、反应稳定性好、抗硫中毒性能好等诸多优点，且成本低廉、制备简便、易于规模化生成，工业应用前景广阔。尤其在InNi3C0.5/Fe3O4催化剂上，可获得>25%的二氧化碳单程转化率，甲醇选择性可达90%以上，甲烷选择性＜0.1%；甲醇的单程时空收率（STY，每克催化剂上每小时生成甲醇的量）高达2.62 gMeOH gcat-1 h-1（图1），是目前同类研究中综合水平最好的结果。

图1、富氧缺陷氧化物负载InNi3C0.5纳米金属间化合物催化剂高效催化CO2加氢制甲醇

　　利用可再生能源制得的绿氢还原二氧化碳制备甲醇意义重大，是我们国家实现碳中和的重要路径之一。本研究利用“电子金属-载体相互作用（EMSI）”对金属颗粒表面电子结构的调控作用，采用“富氧缺陷氧化物载体”对InNi3C0.5金属间化合物进行纳米化负载以增强EMSI效应，研制出了性能优异的二氧化碳直接加氢合成甲醇的催化剂。相关研究为高效负载型金属催化剂的裁剪设计提供了新思路，也为二氧化碳的工业化转化与应用提供了核心技术基础。
      论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/32/eabi6012.full


       文章来源：华东师范大学
       路勇，华东师范大学教授。一直致力于能源化学与化工、多相催化与催化材料、构件催化剂及反应器与反应过程强化等领域的研究。曾从事甲烷的活化转化新途径及转化制氢的基础研究，FCC催化剂孔道架构与功能化的关联等应用基础研究，FCC催化剂脱硫活性组元-金属氧化物-分子筛复合物的研发，烃类重整制氢及氢燃料的纯化的研究。目前致力于C1（甲烷、CO2、甲醇、合成气）化学与化工关键结构催化剂、高通量VOCs催化燃烧脱除结构催化反应器、小型燃料电池氢源技术创新科学基础、烃（醇）类临氧高选择性氧化中的新催化材料、金属-氧化物/氧化物-氧化物界面催化化学、催化精馏构件催化剂及其应用等方面的研究与开发。