最新綜述：CO2還原製備燃料化學品總結和展望

2020-09-05 讀懂科學

CO2循環回收能夠作為一種構建高附加值燃料、化學品的碳能源，並且有可能提供一種有效改善氣候問題和解決化石燃料問題的方案。在目前的各種CO2回收循環方法中，CO2催化氫化制氫反應是一種可能性較高的方法。取決於催化劑的改變，CO2氫化反應能夠通過多種反應路徑生成高附加值碳氫化合物。通過一系列研究，目前開發了多種高活性催化劑，同時反應的機理、反應路徑等受到了廣泛而深入的研究。

有鑑於此，韓國國立蔚山科學技術院（UNIST）Kwangjin An、Jae Sung Lee等綜述並總結了CO2氫化反應製備烴類化合物、含氧化合物的發展情況，特別對生成甲酸、甲醇、甲烷、低級烯烴、液態燃料等產物中如何設計催化劑。此外，作者對目前CO2轉化反應過程中的技術挑戰、相關前景進行介紹。

本文要點

要點1. 從CO2出發生成HCOOH、甲酸的過程並不是熱力學有利過程，並且該催化反應過程中需要加入鹼性物質，同時多種高活性均相催化劑能有效的促進該反應發生，貴金屬基異相催化劑並未受到廣泛關注，因為催化劑活性偏低。

要點2. Cu/ZnO基催化劑能夠將CO2轉化為CH3OH，但是CO2的反應活性非常低，因為該反應過程中會生成大量的水。目前NiGa金屬間催化劑、In2O3/ZrO2、ZnO/ZrO2等新型催化劑得以開發用於將CO2轉化為CH3OH，且這些催化劑具有更高的熱/高壓穩定性、並且不會在H2O中失活。

要點3. CO2甲烷化反應可能是最簡單的過程，並在長期以來受到廣泛研究。有研究發現金屬簇合物的粒徑、基底種類會影響催化劑活性，並且有發現提出調控催化劑製備過程和催化劑的結構能夠改善催化反應活性。

要點4. CO2氫化製備低級烯烴的過程主要有兩種：Fe基催化劑上的CO2-FT轉化反應、CO2轉化為CH3OH-MTO級聯過程。

要點5. 目前在合成柴油、汽油和噴氣燃料等高級液體烴類（C5+）物種得到了顯著進展，並開發了多種催化劑，同時在催化劑中加入鹼促進劑能夠有效的改善多功能催化活性。

直接CO2氫化反應目前仍不是非常經濟的過程，該種過程種需要對CO2收集、分離和純化，並且需要相關技術的進一步發展。可能通過電催化分解水製備氫可能是一種比較有希望的方法。

Eun Cheol Ra, Kwang Young Kim, Eun Hyup Kim, Hojeong Lee, Kwangjin An*, and Jae Sung Lee*. Recycling Carbon Dioxide through Catalytic Hydrogenation: Recent Key Developments and Perspectives, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02930

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