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二氧化碳是來源豐富、價格低廉的化學原料。甲醇，基本有機原料之一，多種有機產品的重要砌塊，也是汽油的替代燃料。工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用來自石油的合成氣生產甲醇。如果能將CO₂作為原料生產甲醇，將具有劃時代的意義，化學家們也一直在嘗試。但是，這些成果想要實現(xiàn)工業(yè)化，還需要面對成本、穩(wěn)定性、反應條件等等挑戰(zhàn)。

化學家早些時候已經可以在實驗室中實現(xiàn)氧化銦（indium oxide）催化CO₂直接氫化（hydrogenation）得到甲醇，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）教授Javier Pérez-Ramírez及其同事更進一步，使用氧化鋯（ZrO₂）負載的氧化銦（In₂O₃）催化劑在類似于工業(yè)生產的條件下催化CO₂直接氫化制甲醇。該研究發(fā)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）

在近乎工業(yè)生產的條件下，這種氧化銦催化劑催化CO₂直接氫化制甲醇具有高活性、100%的甲醇選擇性以及極高的穩(wěn)定性（可連續(xù)使用1,000 h），性能遠勝于工業(yè)上現(xiàn)有的無選擇性且容易失活的Cu/ZnO/Al₂O₃非均相催化體系（在高溫高壓條件下氫化CO₂制甲醇）。

Javier Pérez-Ramírez教授。圖片來源：ETH

機理研究證明，催化劑表面的氧空位（oxygen vacancies）是反應發(fā)生的關鍵所在（如下圖），也證實了南伊利諾伊大學葛慶峰（Qingfeng Ge）教授團隊2013年通過理論計算所預測的氧化銦催化CO₂氫化制甲醇的反應機制（ACS Catal., 2013, DOI: 10.1021/cs400132a）。

催化劑的表面空位對CO₂氫化制甲醇十分重要。圖片來源：ACS C&EN

ETH的研究人員還通過向初始原料中添加CO以及改變反應溫度來優(yōu)化該反應，這兩個策略都能調整氧空位的數(shù)量。

Pérez-Ramírez等人與道達爾公司（Total）已經為該技術申請了專利，并對該過程進行了試點研究，也許CO₂制甲醇的工業(yè)化就在眼前。

Javier Pérez-Ramírez教授是美國麥克儀器公司的忠實用戶，與美國麥克儀器公司有過多次合作，文中氧化銦催化劑表征采用的是美國麥克儀器公司的三站全功能型多用氣體吸附儀3Flex。這說明，美國麥克儀器公司的3Flex儀器可為客戶提供穩(wěn)定可靠的催化劑表征數(shù)據，為CO₂制甲醇的工業(yè)化研究提供強有力數(shù)據的保障。

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

——部分內容來自X-MOL資訊