将二氧化碳 (CO₂) 转化为甲醇被广泛视为回收碳资源的有前途的方法。然而，科学家在改进这一过程时长期面临着困难的挑战。在较低温度下，将CO₂ 转化为甲醇在热力学上是有利的。问题在于，在这些条件下，CO₂ 变得难以激活，导致催化性能较弱。提高温度加快了反应，但也促进了一种称为反向水煤气变换反应的竞争过程，产生非所需的副产品并降低甲醇选择性。这种催化活性与选择性之间的持续权衡限制了甲醇产量的提高。 新的催化剂设计克服了长期存在的权衡 在《化学》期刊上发表的一项研究中，由中国科学院大连化学物理研究所的孙剑教授和余家峰教授领导的研究团队开发了一种新的催化剂设计，旨在解决这个挑战。他们的方法使用了一种强金属-支撑相互作用驱动的过层结构，在催化剂内部空间上分隔活性位点。这个设计允许不同的反应步骤在不同的位置发生，从而提高了二氧化碳转化为甲醇的效率。通过重构催化剂表面并改变反应物的吸附、解离和通过反应路径的移动方式，研究小组在300℃和3 MPa下达到每克催化剂每小时1.2克的空间-时间产率。这个性能大约是传统商业Cu/Zn/Al催化剂的三倍。 将CO₂导向甲醇 研究人员发现，他们的催化剂主要鼓励CO₂ 在氧化锆 (ZrO₂) 位点上吸附和激活。这将反应引导向通过甲酸途径的甲醇生产。在传统的基于铜的催化剂中，激活通常始于C=O键的断裂，然后才发生氢化。而新的策略遵循不同的顺序。氢化首先在ZrO₂位点上进行，C=O键的断裂随后发生。研究人员表示，这种反应机制的变化显著减少了碳一氧化物 (CO) 副产品的生成，同时保持了铜位点高效解离氢气的强能力。孙教授表示：“我们的研究可能为解决二氧化碳合成甲醇过程中活动性和选择性之间长期存在的权衡提供了一条新途径。”