CO₂加氢合成甲醇、二甲醚有望同时解决全球气候变化、可便携燃料的需求问题，人们研究发现双金属氧化物通过协同催化作用得以显著改善CO₂加氢反应生成甲醇、二甲醚的反应活性。但是这种协同效应的原因并未得到深入理解。有鉴于此，兰州大学吴剑峰等报道了通过蒸发自组装方法合成了一系列GaZrO_x催化剂，发现GaZrO_x (27 %)催化剂与Ga₂O₃和ZrO₂氧化物的混合物相比，催化活性显著提高。

本文要点：

（1）

催化剂合成。通过蒸发自组装方法合成GaZrO_x，具体将三段共聚物P123、GaCl₃、ZrCl₄分别溶解于乙醇中进行室温长时间搅拌，在自然通风条件中3~5天后溶剂自由挥发，得到的固体产物在773 K中空气氛围中煅烧。GaZrO_x (27 %)合成方法，具体通过共沉淀方法合成，将Ga(NO₃)₃、Zr(NO₃)₄溶解在水中，加入(NH₄)₂CO₃溶液后，在343 K温度中剧烈搅拌反应、老化，随后在773 K中煅烧。

（2）

结果。Zr³⁺-O_v-Ga-O物种是GaZrO_x催化剂中的活性位点结构。通过XPS表征、二次飞行离子质谱、原位漫反射FTIR光谱、ESR、固体NMR表征方法结合，验证了其中相邻的Ga-O、Zr³⁺-O_v之间通过协同作用起到催化协同作用。

（3）

催化机理。H₂分子能够在极化的Ga-O位点上切断，形成Ga-H、-OH物种，同时CO₂被氧缺陷位点捕获，同时通过Zr³⁺离子转移的电子将CO₂活化。

（4）

意义。作者通过详细的相关表征，从原子、电子过程揭示了GaZrO_x催化剂发生CO₂加氢反应的催化反应过程和催化反应位点上的过程，为指导和设计高活性的CO₂加氢催化剂提供经验。

参考文献

Wen-Hua Feng, Ming-Ming Yu, Li-Jun Wang, Yu-Ting Miao, Mohsen Shakouri, Jiaqi Ran, Yongfeng Hu, Zhiyun Li, Rong Huang, Yi-Lin Lu, Daqiang Gao, and Jian-Feng Wu*, Insights into Bimetallic Oxide Synergy during Carbon Dioxide Hydrogenation to Methanol and Dimethyl Ether over GaZrO_x Oxide Catalysts, ACS Catal. 2021, 11, 4704–4711

DOI: 10.1021/acscatal.0c05410

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c05410