铜基Al2O3-CeO2催化剂在逆水煤气变换反应中的CO2高效转化：机理优化与性能提升

为解决CO2转化效率低和副产物多的问题，研究人员通过机械化学法和湿浸渍法合成CuO/Al2O3-Ce(20)催化剂，用于逆水煤气变换反应（RWGS）。结果表明，10%铜负载的催化剂在600°C下实现37%的CO2转化率和100%的CO选择性，并保持7小时稳定性。该研究为CO2资源化提供了高效低成本方案。

　　

随着全球气候变暖加剧，CO₂减排成为紧迫课题。尽管碳捕集与封存（CCS）技术已取得进展，但其存在泄漏风险且无法实现资源循环。相比之下，通过催化反应将CO₂转化为高附加值化学品更具潜力，其中逆水煤气变换反应（RWGS）因其能将CO₂转化为合成气（CO+H₂）而备受关注。然而，现有催化剂普遍面临低温活性不足、副产物多和高温烧结等问题。

针对这一挑战，伊朗国家科学基金会支持的研究团队设计了一种新型铜基Al₂O₃-CeO₂催化剂。通过机械化学法制备载体和湿浸渍法负载铜（2.5%-15%），成功开发出具有高比表面积（179 m²/g）和介孔结构（2-10 nm）的CuO(10)/Al₂O₃-Ce(20)催化剂。该成果发表在《International Journal of Hydrogen Energy》，为CO₂化学回收提供了新思路。

研究采用N₂吸脱附、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）和场发射扫描电镜（FE-SEM）等技术表征材料。通过调控H₂/CO₂比例、空速（GHSV）、还原温度（350°C）和煅烧温度等参数优化性能。

Textural features of Cu(x)/Al–Ce(20) samples
XRD显示Al-Ce(20)载体具有中等结晶度，CuO分散良好。比表面积随铜负载增加从235 m²/g降至158 m²/g，10%铜负载样品保持179 m²/g。拉曼光谱证实CeO₂的氧空位形成，H₂-TPR揭示Cu²⁺在350°C还原为活性Cu⁰。

Catalytic performance evaluation
在600°C、H₂/CO₂=3条件下，10%铜负载催化剂实现37%转化率和100%CO选择性，且7小时内无失活。氧化铈的引入抑制了铜颗粒烧结，氧空位促进CO₂活化。

结论与意义
该研究通过Al₂O₃-CeO₂载体优化和铜活性位调控，解决了RWGS反应中低温活性与选择性的矛盾。催化剂制备方法简单、成本低廉，为工业应用奠定了基础。特别值得注意的是，氧化铈不仅提高热稳定性，其氧空位还与铜物种产生协同效应，这为设计双功能催化剂提供了新范式。作者Mehrnaz Sadeghnezhad等强调，未来结合可再生能源制氢，该技术有望形成CO₂-to-X的完整产业链。