Синтез метанола из диоксида углерода и водорода является важным способом циклического использования углеродных ресурсов. Однако этот процесс долгое время был ограничен эффектом "качелей", при котором трудно одновременно достичь высокой активности и селективности. Низкие температуры благоприятствуют синтезу метанола, но медленная кинетика активации CO₂ приводит к низкой каталитической активности. Хотя высокие температуры могут повысить скорость реакции, они легко вызывают побочную реакцию обратного конверсии водяного газа, снижая селективность по метанолу.
Исследовательская группа под руководством профессора Сунь Цзяня и профессора Юй Цзяфэна из Даляньского института химической физики Китайской академии наук опубликовала исследование в журнале Chem, предложив новую стратегию "пространственного развязывания" активных центров за счет реализации структуры покрытия, управляемой сильным взаимодействием металл-носитель. Используя этот дизайн, команда реконструировала поверхностную структуру катализатора, изменив режим адсорбции и диссоциации реагентов, что позволило CO₂ преимущественно адсорбироваться и активироваться на диоксиде циркония, направляя реакцию по формиатному пути синтеза метанола. В отличие от традиционного механизма активации на медных центрах, где сначала разрывается связь C=O, а затем происходит гидрирование, данная стратегия использует альтернативный механизм "сначала гидрирование, затем разрыв связи", эффективно подавляя образование побочного продукта — монооксида углерода, при этом сохраняя высокую способность медных центров к диссоциации водорода.
Экспериментальные результаты показали, что в условиях реакции при 300°C и 3 МПа данный катализатор достиг пространственно-временного выхода метанола 1,2 г·г⁻¹кат·ч⁻¹, что примерно в три раза выше, чем у традиционного коммерческого медь-цинк-алюминиевого катализатора, при селективности по метанолу 92%. Профессор Сунь Цзянь отметил: "Наше исследование может предложить новый путь к решению давней проблемы компромисса между активностью и селективностью в процессе синтеза метанола из диоксида углерода".
Первым автором исследования является аспирант Даляньского института химической физики Хабиб Зада. Работа получила поддержку таких проектов, как Национальная ключевая программа исследований и разработок и Национальный фонд естественных наук Китая. Этот результат, основанный на преобразовании поверхностной структуры катализатора, разрушил ограничивающую связь между активностью и селективностью, предложив новую идею для проектирования многофункциональных катализаторов.
Детали публикации: Название: Разрешение компромисса между активностью и селективностью в реакции гидрирования диоксида углерода в метанол. Опубликовано в: Chem (2026). Информация о журнале: Химия
