CeO2-ZrO2负载Cu-Ga双金属催化剂用于CO2加氢制甲醇：组分优化与性能调控

为应对温室效应和实现碳中和目标，研究人员通过湿法浸渍法合成CeO2-ZrO2（CZ）负载的Cu-Ga双金属催化剂，系统探究了催化剂组分对CO2加氢制甲醇性能的影响。结果表明，1Cu1Ga/CZ (80:20)催化剂在300°C和410 psi条件下实现15%的CO2转化率，并展现优异的稳定性（100小时持续反应），其性能提升源于金属-载体相互作用（MSI）和Ga对Cu的协同促进作用，为工业级CO2资源化提供了新策略。

　　

论文解读：
全球变暖与气候危机正迫使人类寻找CO₂高效转化途径。作为关键碳中性燃料，甲醇（MeOH）的合成备受关注，但传统工艺依赖化石原料且能耗高。如何通过CO₂直接加氢实现高选择性甲醇合成，成为催化领域的“圣杯”难题。现有Cu/ZnO/Al₂O₃工业催化剂面临CO副产物多、稳定性差等瓶颈，而CeO₂-ZrO₂（CZ）复合载体因其独特的氧空位和氧化还原性能崭露头角。

为突破这一技术壁垒，研究人员设计了一系列CZ负载的Cu-Ga双金属催化剂。通过湿法浸渍法精准调控金属比例（Cu:Ga=1:1）和载体组成（CeO₂:ZrO₂=80:20），成功制备出1Cu1Ga/CZ (80:20)催化剂。该催化剂在《Catalysis Today》发表的研究中展现出三大突破：首先，在300°C和410 psi条件下实现15%的CO₂转化率，远超文献报道的Cu/CeO₂/ZrO₂体系（6.5%转化率）；其次，在240°C连续运行100小时后仍保持7.2%转化率和50%甲醇选择性，彰显工业应用潜力；第三，H₂-TPR（氢气程序升温还原）和CO₂-TPD（CO₂程序升温脱附）证实其具有最优的氧化还原活性和CO₂吸附能力。

关键技术方法包括：1) 共沉淀法制备CZ复合载体；2) 湿法浸渍负载Cu、Ga活性组分；3) 通过XRD（X射线衍射）表征晶体结构；4) 采用H₂-TPR/CO₂-TPD分析表面性质；5) 固定床反应器评估催化性能。

研究结果揭示：
X-ray Diffraction：XRD证实CZ载体形成固溶体结构，Ga³⁺掺入显著提高Cu分散度，抑制烧结。
Conclusions：Ga的引入不仅优化Cu电子状态，更通过抑制CH₄生成和逆水煤气变换反应（RWGS）提升甲醇选择性。CZ载体中CeO₂主导氧空位生成，而ZrO₂增强结构稳定性，二者协同作用使催化剂在高压下保持活性。

这项研究的意义在于：首次阐明Cu-Ga-CZ三元体系的构效关系，提出“金属-载体-助剂”三位一体设计原则。通过调控Ga负载量（~1wt%）和CZ比例（80:20），实现CO₂吸附位点（碱性）与加氢活性位（Cu⁰）的纳米级匹配，为开发下一代CO₂转化催化剂提供理论框架。文末特别致敬催化界泰斗Ted Oyama教授，彰显学术传承价值。