銀催化劑已被廣泛應用于光催化和電化學還原二氧化碳。然而，尚未有研究證實其對于二氧化碳選擇性加氫制甲醇具備高活性。近日，天津大學化工學院教授劉昌俊課題組在Green Energy & Environment發表論文，通過密度泛函理論研究了氧化銦負載的銀催化劑應用于二氧化碳加氫制甲醇的可行性，從理論上確定了反應轉化途徑，并用實驗證明了理論預測結果，在負載銀催化劑高活性、高選擇性二氧化碳加氫合成甲醇實驗方面取得了突破。
“碳中和”背景下，二氧化碳如何高效轉化成為化學家關注的焦點。在可能的各種化學反應中，最有希望大規模應用的是二氧化碳加氫生成甲醇的反應。目前，具有高活性和高選擇性的二氧化碳加氫催化劑是進一步應用的關鍵。
劉昌俊課題組介紹，自2013年起，他們與合作者通過理論計算和實驗證實，含氧空位的氧化銦及其負載的鈀、鉑、金、鎳、銠、銥等金屬催化劑，對二氧化碳加氫生成甲醇具備很高的甲醇選擇性和較高的活性，氧化銦負載金屬催化劑也具有很好的穩定性。氧化銦負載銀催化劑應用于非均相二氧化碳加氫制甲醇反應則尚未有研究工作報道。
此次，劉昌俊課題組將氧化銦的“合作者”聚焦在金屬銀催化劑上，試圖通過銀與氧化銦的結合調變，使得到的銀/氧化銦催化劑成為二氧化碳加氫合成甲醇高活性催化劑。
研究人員首先通過密度泛函理論計算，分析了銀與含氧空位氧化銦表面之間的相互作用。計算結果發現，二者之間的“界面位點”能夠很好地活化二氧化碳分子，使其更容易在該位點發生加氫反應。對比結果顯示，銀的加入提升了二氧化碳加氫生成甲醇的能力，明顯降低了其轉化的表觀活化能。而且，銀/氧化銦催化劑具備更好的催化穩定性，相比氧化銦催化劑，反應10小時后，活性保持率為90.5%，而后者僅為80.4%。
此外，表征實驗也證實，銀的加入能夠促進表面氧空位的生成，從而增多了氧空位位點的數量，促進了二氧化碳的吸附與解離過程。
研究人員表示，希望這項工作為高選擇性氧化銦基催化劑的理性設計提供指導。
標簽： 制甲醇
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