李灿院士、李泽龙教授Angewandte Chemie International Edition: CO诱导的Cu-ZnZrOx催化剂重构实现CO2/CO协同加氢制甲醇
利用可再生H2催化CO2加氢制甲醇被认为是实现碳中和的一条有前景的路径。甲醇合成反应与逆水煤气变换反应(RWGS)存在竞争,反应结果强烈依赖于压力和温度。在工业操作过程(高压(~5 MPa)和中温(473–573 K))过程中,RWGS反应在热力学上占优势,不可避免产生CO,这对高效的CO2制甲醇转化提出了重大挑战。尽管CO的产生不可避免,但CO对CO2加氢性能的影响却很少受到关注。针对上述问题,研究团队探究了CO对CO2加氢合成甲醇的影响。研究发现,在Cu-ZnZrOx催化剂中,在CO2-H2原料气中引入CO可协同促进CO2和CO的加氢反应。综合表征与机理研究发现,CO促进Zn物种还原并迁移至Cu表面,诱导催化剂重构形成丰富CuZn合金-ZnOx界面位点,稳定Cu+位点。这些界面实现了协同的双路径机制:CO2主要在合金-ZnOx位点通过甲酸盐路径加氢;而CO在Cu位点通过甲酰基路径加氢。CO2反应产生的水可进一步促进CO路径中决速步CH3O*物种的转化,从而实现CO-CO2混合原料气中高效甲醇合成。本工作为高效甲醇催化剂的理性设计提供了思路。

上述成果以“CO-Induced Reconstruction of Cu-ZnZrOx Catalyst Enables Synergistic CO2/CO Co-Hydrogenation to Methanol”为题于2026年1月5日发表在Angewandte Chemie International Edition上,文章的第一作者是博士研究生吴晓静和兰州化物所博士后刘艳青。兰州大学化学化工学院为论文第一完成单位,李灿院士,李泽龙教授为共同通讯作者。本工作得到了国家重点研发计划(2024YFB4006600)、国家自然科学基金(223B2204)、国家自然科学基金联合基金(U24A20493)和甘肃省科技计划创新人才计划(24RCKA001)的支持。
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