Page 32 - 《精细化工》2023年第2期

·254· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

醇的形成发生在 Pt 纳米粒子和缺陷 Zr 节点之间的 目前 MOFs 材料的合成工序较为复杂，难以实现大
界面处，且通过吸附的 CO 2 和相邻 Pt 纳米粒子溢出 规模生产，开发出更好的 MOFs 材料合成策略可以
的氢之间的反应在 Zr 节点处形成 HCOO*中间体。 为 CO 2 加氢制甲醇 MOFs 材料催化剂的工业化应用
因此，Pt 纳米粒子和缺陷 Zr 节点之间的强协同作用 提供良好的基础；
是甲醇合成活性增强的原因。瞬态结果表明，甲酸 （3）加强对 MOFs 材料催化剂设计的理论研究，
盐的氢化是甲醇形成途径中的限速步骤，表面甲酸 可结合 DFT 等理论计算探究 MOFs 材料结构对 CO 2
盐物种的含量由连接物分离产生的 Zr 位点的数量 加氢反应过程的影响，通过计算选择更适用于 CO 2
决定。研究者通过理论计算等方法探究了 MOFs 催 加氢制甲醇反应体系的 MOFs 材料，为高效催化剂
化剂催化 CO 2 加氢制甲醇过程中反应物的吸附与解 的合成提供指导；
离特性，为开发新型 CO 2 加氢制甲醇高效催化剂提 （4）MOFs 材料催化剂与 CO 2 电催化加氢结合
供了一定的参考。 具有应用潜力。MOFs 基电催化剂在 CO 2 电化学转
化方面具有潜力，高孔隙率与可设计的结构有助于
5 结束语与展望
向催化位点均匀提供质子，并实现反应路径的调节。
当前，中国是 CO 2 排放第一大国，近几年，中 参考文献：
国 CO 2 排放的增长量占世界同期 CO 2 排放增长量的 [1] DING M, FLAIG R W, JIANG H L, et al. Carbon capture and
一半以上。中国 CO 2 排放量较快增长的态势将越来 conversion using metal-organic frameworks and MOF-based
materials[J]. Chemical Society Reviews, 2019, 48(10): 2783-828.
越受到国际社会的关注。随着习总书记“2030 年碳 [2] SONG Q W, ZHOU Z H, HE L N. Efficient, selective and sustainable
达峰，2060 年碳中和”口号的提出，中国作为能源 catalysis of carbon dioxide[J]. Green Chemistry, 2017, 19(16):
3707-3728.
消耗和碳排放大国，在全球减少温室气体排放的行 [3] CENTI G, QUADRELLI E A, PERATHONER S. Catalysis for CO 2
动中将扮演着日益重要的角色。CO 2 加氢制甲醇对 conversion: A key technology for rapid introduction of renewable
energy in the value chain of chemical industries[J]. Energy &
实现 CO 2 减排，并生产具有高附加值的产品具有重 Environmental Science, 2013, 6(6): 1711-1731.
要意义，高活性、高选择性和高稳定性的催化剂是 [4] DIN I U, SHAHARUN M S, ALOTAIBI M A, et al. Recent
developments on heterogeneous catalytic CO 2 reduction to
实现 CO 2 加氢制甲醇的工业化应用的关键。本文综 methanol[J]. Journal of CO 2 Utilization, 2019, 34: 20-33.
[5] GHANBARI T, ABNISA F, WAN M. A review on production of
述了近年来 MOFs 材料在 CO 2 加氢制甲醇催化剂中 metal organic frameworks (MOF) for CO 2 adsorption[J]. Science of
的应用，MOFs 材料在 CO 2 加氢制甲醇催化反应中 the Total Environment, 2019, 707: 135090-135113.
[6] QI T Q J, ZHAO Y M, CHEN S Y, et al. Bimetallic metal organic
表现出良好的性能。将 Cu 纳米粒子负载到 MOFs framework-templated synthesis of a Cu-ZnO/Al 2O 3 catalyst with
中，相较于传统催化剂可以大幅度提升催化剂的甲 superior methanol selectivity for CO 2 hydrogenation[J]. Molecular
Catalysis, 2021, 514: 111870-111884.
醇选择性，甲醇产率也有了显著提高，由于 MOFs [7] GRABOW L C, MAVRIKAKIS M. Mechanism of methanol
材料独特的孔道结构，限制了催化剂中活性组分的 synthesis on Cu through CO 2 and CO hydrogenation[J]. ACS
Catalysis, 2011, 1(4): 365-384.
聚集，从而极大缓解了传统 Cu 基催化剂的失活问 [8] LEE J Y, FARHA O K, ROBERTS J, et al. Metal-organic framework
题，提高了催化剂的稳定性；对于贵金属催化剂， materials as catalysts[J]. Chemical Society Reviews, 2009, 38(5):
1450-1459.
MOFs 材料的引入可以更好地实现催化剂小粒径、 [9] LIANG B L, MA J G, SU X, et al. Investigation on deactivation of
Cu/ZnO/Al 2O 3 catalyst for CO 2 hydrogenation to methanol[J].
高分散性的合成要求，并获得更好的催化选择性与 Industrial & Engineering Chemistry Research, 2019, 58(21): 9030-
产率，同时，单原子高效催化剂的合成提高了贵金 9037.
[10] HERMES S, SCHRÖTER M K, SCHMID R, et al. Metal@MOF:
属的利用效率；部分金属氧化物可与 MOFs 材料之 Loading of highly porous coordination polymers host lattices by
间形成独特的活性位点，从而提高催化性能。因此， metal organic chemical vapor deposition[J]. Angewandte Chemie
International Edition, 2010, 44(38): 6237-6241.
相较于传统催化剂，MOFs 材料催化剂在甲醇选择 [11] LIN D F (林代峰), ZHANG Z (张臻), LUO Y J (罗永晋), et al.
性和产率上具有优势，为开发高性能的新型 CO 2 加 Research advances on catalysts for hydrogenation of carbon dioxide
to methanol[J]. Modern Chemical Industry (现代化工), 2021, 41(6):
氢制甲醇催化剂提供了更多可能，在实现 CO 2 加氢 11-16.
制甲醇工业化应用方面具有潜力。 [12] FANG X, MEN Y H, WU F, et al. Promoting CO 2 hydrogenation to
methanol by incorporating adsorbents into catalysts: Effects of
在 CO 2 加氢制甲醇 MOFs 材料催化剂未来的发 hydrotalcite[J]. Chemical Engineering Journal, 2019, 378: 122052-
122062.
展中，以下 4 个方面的研究非常关键：
[13] CHE Y F (车轶菲), LI T (李涛), ZHANG H T (张海涛). Intrinsic
（1）探究催化剂组分含量对于 MOFs 材料催化 kinetics of hydrogenation of CO 2 towards methanol on a
Cu/ZnO/Al 2O 3 modified catalyst[J]. Journal of East China University
剂性能的影响，通过改变合成过程中原料配比，寻 of Science and Technology (华东理工大学学报), 2020, 46(3):
找最佳原料配比以获得更高性能的催化剂； 326-333.
[14] SAEIDI S, NAJARI S, HESSEL V, et al. Recent advances in CO 2
（2）开发更简单高效的 MOFs 材料合成方法， hydrogenation to value-added products—Current challenges and