1312-43-2 / 氧化銦催化劑助CO2制甲醇工業化

二氧化碳一直讓世人又愛又恨，一方面是溫室氣體，另一方面又是來源豐富、價格低廉的化學原料（參考閱讀：美國化學會C&EN：學會愛上CO2）。甲醇，基本有機原料之一，多種有機產品的重要砌塊，也是汽油的替代燃料。工業上合成甲醇幾乎全部采用來自石油的合成氣生產甲醇。如果能將CO2作為原料生產甲醇，將具有劃時代的意義，化學家們也一直在嘗試，X-MOL也曾報道過不少研究進展（相關閱讀：諾貝爾獎得主George A. Olah教授報道將二氧化碳轉化成甲醇的新方法）。但是，這些成果想要實現工業化，還需要面對成本、穩定性、反應條件等等挑戰。

化學家早些時候已經可以在實驗室中實現氧化銦（indium oxide）催化CO2直接氫化（hydrogenation）得到甲醇，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）教授Javier Pérez-Ramírez及其同事更進一步，使用氧化鋯（ZrO2）負載的氧化銦（In2O3）催化劑在類似于工業生產的條件下催化CO2直接氫化制甲醇。該研究發表于《Angewandte Chemie International Edition》。（Indium Oxide as a Superior Catalyst for Methanol Synthesis by CO2Hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201600943）

在近乎工業生產的條件下，這種氧化銦催化劑催化CO2直接氫化制甲醇具有高活性、100%的甲醇選擇性以及極高的穩定性（可連續使用1,000 h），性能遠勝于工業上現有的無選擇性且容易失活的Cu/ZnO/Al2O3非均相催化體系（在高溫高壓條件下氫化CO2制甲醇）。

Javier Pérez-Ramírez教授。圖片來源：ETH

機理研究證明，催化劑表面的氧空位（oxygen vacancies）是反應發生的關鍵所在（如下圖），也證實了南伊利諾伊大學葛慶峰（Qingfeng Ge）教授團隊2013年通過理論計算所預測的氧化銦催化CO2氫化制甲醇的反應機制（ACS Catal., 2013, DOI: 10.1021/cs400132a）。

催化劑的表面空位對CO2氫化制甲醇十分重要。圖片來源：ACS C&EN

ETH的研究人員還通過向初始原料中添加CO以及改變反應溫度來優化該反應，這兩個策略都能調整氧空位的數量。

葛慶峰教授評論該技術是“長期尋求的突破”，有潛力在商業規模上實現CO2制甲醇。

Pérez-Ramírez等人與道達爾公司（Total）已經為該技術申請了專利，并對該過程進行了試點研究，也許CO2制甲醇的工業化就在眼前。

參考資料

1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201600943/abstract

2. https://cen.acs.org/articles/94/i13/Carbon-dioxide-hydrogenated-methanol-large.html

來源：X-MOL資訊