元素百科介绍中国科学院大连化学研究所实现二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇的研究。近日，中国科学院大连化学研究所催化基础国家重点实验室王吉杰博士、李灿院士等人开发了双金属固溶体氧化物催化剂，实现了高选择性、高稳定性的二氧化碳加氢合成甲醇。相关研究成果以研究论文的形式发表在美国科学促进会出版的Scienceadvances上。
二氧化碳减排引起了国际社会的广泛关注。利用太阳能等可再生能源通过光催化、光催化或电解水制氢制备二氧化碳加氢甲醇等燃料和化学品是实现二氧化碳减排和碳资源可持续利用最可行的策略。从科学认识自然光合作用的角度来看，二氧化碳加氢甲醇暗合光合作用中的暗反应，是太阳能制造液体燃料的重要途径。南加州大学诺贝尔化学奖得主Olah教授团队前瞻性地提出了转化二氧化碳的“甲醇经济”概念，李灿团队强调基于可再生能源实现二氧化碳的碳回收利用。甲醇是一种重要的平台化学分子。甲醇可以生产烯烃、芳烃等大宗化学品、汽油和柴油，也可以直接用作燃料或燃料添加剂。目前，二氧化碳加氢甲醇产业化的瓶颈在于高效太阳能和可再生能源制氢技术以及高选择性和高活性二氧化碳加氢甲醇催化技术的发展。
李灿团队长期致力于太阳能光催化、光催化和电解水制氢的研究。近年来，CO2也同时进行了研究 实现人工光合成太阳燃料战略的H2研究。CO2 在H2过程中，提高甲醇的选择性是CO2加氢转化的最大挑战。例如，在二氧化碳加氢甲醇中使用合成气制甲醇的Cu基催化剂时，甲醇选择性低（50～60%)此外，反应产生的水会加速Cu基催化剂的失活。该工作开发了一种双金属固溶体氧化物催化剂Zno-Zro2，不同于传统的金属催化剂。当CO2单程转化率超过10%时，甲醇的选择性仍保持在90%左右，这是目前类似研究综合水平的最佳结果。研究表明，催化剂的固溶体结构特征提供了双活性中心反应点-Zn和Zr，其中，H2和CO2分别活化在Zn位与原子相邻的Zr位，在CO2加氢过程中表现出协同作用，从而高度选择性地产生甲醇。原位红外质谱同位素实验和DFT理论计算结果表明，表面HCOO*和H3CO*是反应主要活性的中间物种。这项工作为CO2加氢甲醇开辟了新的途径。
此外，催化剂反应连续运行500小时，具有良好的耐烧结稳定性和一定的抗硫能力，具有良好的工业应用前景。传统甲醇合成Cu基催化剂要求原料含硫量低于0.5.5ppm，催化剂的抗硫能力无疑可以大大降低原料气净化成本，在工业应用中表现出潜在的优势。上述相关成果已申请中国发明专利4项，国际PCT专利1项。
