李贵贤, 田 涛, 张 琪, 李晗旭, 董 鹏, 李红伟

（兰州理工大学 石油化工学院 甘肃省低碳能源化工重点实验室，甘肃 兰州 730050）

二氧化碳的排放急剧增加, 导致的气候变化和全球变暖对人类来说已经成为一项巨大挑战. 鉴于此, 我国提出“碳中和”和“ 碳达峰”远景目标. 甲醇（CH3OH）是工业化学品的关键原料, 可进一步转化为高分子替代液体燃料［1］, 利用可再生的氢能源将温室气体CO2还原成高附加值的甲醇是实现“碳中和”的有效途径［2］. 2010 年, 液化空气研发有限公司和鲁奇有限公司报道了工业Cu/ZnO/Al2O3催化剂CO2单程转化率在35%～45%之间, 催化剂在投产的前100 h 内略有失活, 在随后的600 h内保持稳定运行, 甲醇的时空产率（STY）约为0.6 kg·Lcat-1·h-1. 2019 年, 中石油与大连化学物理研究所合作开展了CO2制甲醇中试, CO2转化率大于20%, 甲醇选择性为70%［3］. 目前在工业上应用广泛的Cu-Zn 催化剂, 仍然存在转化率、 选择性较低, 寿命短的短板［4］. 因此, 高效催化剂的研究始终是CO2加氢制甲醇的关键, 而纳米材料因其量子尺寸效应在催化反应中有着独特的优势. 我们探讨了CO2加氢制甲醇的机理研究, 综述了纳米材料在CO2加氢制甲醇中的应用并给出研发高效催化剂可能的方向.

1 CO2加氢制甲醇机理研究

了解反应机理是制备高效催化剂的关键, 现有关于CO2制甲醇合成机理大部分都是建立在Cu 基催化剂的基础上［5-8］, 按照反应途径及中间关键体上的区别可划为3 类: HCOO*为关键中间体甲酸盐（HCOO*）机理［8-12］、 CO 为关键中间体的RWGS（逆水煤气）机理［13-14,6,15-17］及HCOOH*为关键中间体trans-HOCO*机理［18-20］（如……