氧化铟催化剂助CO2制甲醇工业化

二氧化碳一直让世人又爱又恨，一方面是温室气体，另一方面又是来源丰富、价格低廉的化学原料（参考阅读：美国化学会C&EN：学会爱上CO₂）。甲醇，基本有机原料之一，多种有机产品的重要砌块，也是汽油的替代燃料。工业上合成甲醇几乎全部采用来自石油的合成气生产甲醇。如果能将CO₂作为原料生产甲醇，将具有划时代的意义，化学家们也一直在尝试，X-MOL也曾报道过不少研究进展（相关阅读：诺贝尔奖得主George A. Olah教授报道将二氧化碳转化成甲醇的新方法）。但是，这些成果想要实现工业化，还需要面对成本、稳定性、反应条件等等挑战。

化学家早些时候已经可以在实验室中实现氧化铟（indium oxide）催化CO₂直接氢化（hydrogenation）得到甲醇，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）教授Javier Pérez-Ramírez及其同事更进一步，使用氧化锆（ZrO₂）负载的氧化铟（In₂O₃）催化剂在类似于工业生产的条件下催化CO₂直接氢化制甲醇。该研究发表于《Angewandte Chemie International Edition》。（Indium Oxide as a Superior Catalyst for Methanol Synthesis by CO₂ Hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201600943）

在近乎工业生产的条件下，这种氧化铟催化剂催化CO₂直接氢化制甲醇具有高活性、100%的甲醇选择性以及极高的稳定性（可连续使用1,000 h），性能远胜于工业上现有的无选择性且容易失活的Cu/ZnO/Al₂O₃非均相催化体系（在高温高压条件下氢化CO₂制甲醇）。

Javier Pérez-Ramírez教授。图片来源：ETH

机理研究证明，催化剂表面的氧空位（oxygen vacancies）是反应发生的关键所在（如下图），也证实了南伊利诺伊大学葛庆峰（Qingfeng Ge）教授团队2013年通过理论计算所预测的氧化铟催化CO₂氢化制甲醇的反应机制（ACS Catal., 2013, DOI: 10.1021/cs400132a）。

催化剂的表面空位对CO₂氢化制甲醇十分重要。图片来源：ACS C&EN

ETH的研究人员还通过向初始原料中添加CO以及改变反应温度来优化该反应，这两个策略都能调整氧空位的数量。

葛庆峰教授评论该技术是“长期寻求的突破”，有潜力在商业规模上实现CO₂制甲醇。

Pérez-Ramírez等人与道达尔公司（Total）已经为该技术申请了专利，并对该过程进行了试点研究，也许CO₂制甲醇的工业化就在眼前。

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

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