二氧化碳有望高效制備甲醇

美國能源部(DOE)布魯克黑文國家實驗室科學(xué)家2014年8月1日宣布，其與塞維利亞大學(xué)(西班牙)和委內(nèi)瑞拉中央大學(xué)科研人員合作研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的可將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的高活性催化體系——銅—鈰界面組合。新催化劑體系將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的速度比純銅微?？?000倍， 比目前工業(yè)使用的常見的銅/氧化鋅催化劑快近90倍。

CO2活化及其加氫成醇類或其他烴類化合物是循環(huán)利用CO2的一種重要途徑。但這是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因為存在與二氧化碳化學(xué)惰性相關(guān)的困難。通常應(yīng)用于CO2化學(xué)活化的純金屬和雙金屬體系的催化活性較低，而新催化體系的活性明顯高于目前使用的其他催化劑。最近的研究已經(jīng)確定CO2激活和甲醇的合成可借助于Cu/ZnO/Al2O3工業(yè)催化劑的活性中心。銅單獨與CO2的相互作用是很差的，必須與鋅構(gòu)成合金，才能使轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)更好更快。

聯(lián)合研究團隊此次對CO2活化給出了完全不同類型的實驗和理論依據(jù)：這就是銅—鈰界面，它對甲醇合成具有高度活性。金屬和氧化物中心在銅—鈰界面上的組合為CO2轉(zhuǎn)化為甲醇提供了有利的反應(yīng)途徑，而不是借助于Cu-Zn合金。聯(lián)合研究團隊探索了銅和二氧化鈰納米顆粒組成的催化劑，有時也混以二氧化鈦。

這些研究表明，催化劑的金屬組分不能單獨執(zhí)行用于甲醇生產(chǎn)所必需的所有化學(xué)步驟。最有效的捆綁和激活CO2發(fā)生在氧化鈰/銅催化體系中金屬和氧化物納米顆粒之間的界面上。研究人員指出，用于該化學(xué)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵活性中心涉及來自銅和氧化物相的原子。

研究人員認為，他們的研究說明了甲醇合成可通過適當(dāng)調(diào)整催化劑中金屬—氧化物界面的屬性而獲得。這是一個非常有趣的步驟，對于設(shè)計活性催化劑以應(yīng)用于合成醇類和相關(guān)的分子創(chuàng)建了一個新的策略。