新策略實現二氧化碳加氫高效合成甲醇

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員孫劍和研究員俞佳楓團隊在二氧化碳加氫制甲醇研究中取得新進展，提出催化活性位點“空間解耦”的設計新策略，使原本熱力學有利的氧化還原路徑向熱力學不利的甲酸鹽路徑轉變，抑制了副產物一氧化碳生成，即使提高反應溫度也能維持高的甲醇選擇性，為破解該領域活性與選擇性難以兼顧的“蹺蹺板”難題提供了新思路。相關成果發表在《化學》。

甲醇是重要的化工原料和潛在的碳中性燃料，其高效合成對于實現碳資源循環利用具有重要意義。二氧化碳加氫制甲醇為低溫有利反應，然而，低溫下二氧化碳難以活化，催化劑活性低；高溫雖有利于提升轉化率，但易促進逆水氣變換副反應，降低甲醇選擇性。活性與選擇性之間的“蹺蹺板”效應長期制約著甲醇合成收率的提升。

本工作中，團隊利用金屬-載體強相互作用（SMSI）驅動所形成的包覆層結構對活性位點進行“空間解耦”，將二氧化碳活化位點與氫氣解離位點在空間上分離，使二氧化碳優先在二氧化鋯（ZrO₂）上吸附活化，并遵循“甲酸鹽”路徑合成甲醇。與銅位點上二氧化碳的活化方式不同，該設計巧妙地利用ZrO₂位點上先加氫后斷C=O鍵的活化方式，抑制了副產物一氧化碳的生成，同時保留了銅位點高效的氫氣解離能力。該CuZnZr催化劑在300℃、3MPa的反應條件下，甲醇選擇性為92%，甲醇時空收率達到1.2 g·gcat-¹·h^-1，是現有商業銅鋅鋁催化劑的3倍。

本工作通過重塑催化劑的表面結構，改變反應物的吸附解離方式及反應路徑，打破了活性與選擇性的“蹺蹺板”限制，為多功能催化劑的精準設計提供了新思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2026.102942