近日，中科院大連化學(xué)物理研究所和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)合作開發(fā)一種全新的Cd/TiO2催化劑，可應(yīng)用于CO2加氫制甲醇反應(yīng)中，CO2轉(zhuǎn)化率達(dá)15.8%，甲醇選擇性達(dá)81%，甲烷選擇性控制在0.7%以下。并利用密度泛函理論計(jì)算結(jié)合微觀動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)Cd/TiO2界面處CO2加氫反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)開展研究。

目前CO2加氫制甲醇催化劑研究多基于CuZnO組分，但該類催化劑上副反應(yīng)逆水煤氣變換反應(yīng)難以抑制，且易中毒失活。近年來，該領(lǐng)域研究工作聚焦到開發(fā)新催化劑體系上，如ZnO-ZrO2固溶體催化劑可避免上述問題，但該催化體系反應(yīng)活性有待進(jìn)一步提高。In2O3、MoS2等催化劑又存在活性低或副產(chǎn)物甲烷含量高等缺點(diǎn)。開發(fā)高效CO2加氫制甲醇催化劑新體系則是研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)通過研究CdO組分對(duì)固溶體催化劑催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)CdO與TiO2在CO2加氫制甲醇中表現(xiàn)出獨(dú)特的協(xié)同作用。

對(duì)比TiO2基和Cd基系列催化劑的CO2加氫制甲醇性能表明，隨著Cd含量的增加，Cd/TiO2催化劑上CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，當(dāng)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3.5%時(shí)出現(xiàn)極大值，當(dāng)Cd含量進(jìn)一步增加CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性變化不明顯或略微降低。

不同Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Cd/TiO2催化劑表現(xiàn)出不同的活性位結(jié)構(gòu)。新鮮催化劑時(shí)，當(dāng)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%時(shí)，Cd物種以高分散形式存在；當(dāng)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于5%時(shí)，Cd物種以CdO或CdTiO3形式存在。對(duì)于還原后的催化劑，當(dāng)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，如0.35% Cd/TiO2催化劑中Cd物種主要以單位點(diǎn)形式存在，3.5% Cd/TiO2催化劑中Cd物種主要以團(tuán)簇形式存在，7% Cd/TiO2催化劑中Cd物種則以單位點(diǎn)、團(tuán)簇及納米顆粒共存狀態(tài)存在。