中國(guó)石油大學(xué)的CO2加氫制甲醇CeZrOx催化劑研究獲進(jìn)展

近日，中國(guó)石油大學(xué)(北京)和沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用樹枝狀二氧化硅材料為硬模板，采用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自主裝方法合成和探究了樹枝狀介孔CeZrOx負(fù)載型催化劑在CO2加氫制甲醇反應(yīng)中催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能的關(guān)系。相關(guān)研究成果發(fā)表于《膠體與界面科學(xué)》雜志。

Cu基催化劑在CO2加氫制甲醇生產(chǎn)中受到廣泛關(guān)注。然而低溫加氫反應(yīng)中，Cu基催化劑活性不高，且在甲醇生產(chǎn)中由于副產(chǎn)物水的存在會(huì)造成Cu的氧化以及聚集，從而導(dǎo)致催化劑失活。熱催化CO2加氫制甲醇反應(yīng)中高CO2轉(zhuǎn)化率與甲醇高選擇性至關(guān)重要。

研究團(tuán)隊(duì)制備了樹枝狀介孔CeZrOx負(fù)載型催化劑，用于CO2加氫制甲醇反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)通過多種表征方法探究了不同Ce/Zr摩爾比例的CeZrOx在CO2加氫制甲醇中的結(jié)構(gòu)變化。試驗(yàn)研究表明，PdCu/Ce0.3Zr0.7O2催化劑具有規(guī)整的樹枝狀結(jié)構(gòu)，有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物在孔道中擴(kuò)散，具有較高的CO2吸附活化中心及氫解離活性位，因此具有高活性、高選擇性以及高穩(wěn)定性。

經(jīng)預(yù)還原后，該催化劑在CO2加氫反應(yīng)中的CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇收率均隨著溫度、反應(yīng)壓力升高而升高，隨著空速升高而下降。在CO2/H2摩爾比為1/3、溫度為300 ℃、壓力為6.0 MPa和空速為3 600 mL/(g·h)的反應(yīng)條件下，CO2轉(zhuǎn)化率最高達(dá)25.5%，甲醇收率為6.4%。

通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)甲酸和甲氧基路徑對(duì)甲醇收率提高具有重要作用。