非贵金属修饰MOF衍生CuZn催化剂在低温CO2加氢制甲醇中的高效催化作用

为解决CO2低温催化转化效率低、副产物多等问题，研究人员通过酸性蚀刻自组装法开发了Ga/Ti/Zr修饰的CuZn-BTC衍生催化剂（CZB-M）。其中Ti修饰的CZB-Ti在140–340°C、30 bar条件下实现了77.0%的CO2转化率和12.2%的甲醇产率，显著抑制了CO副产物生成。该研究为MOF衍生非贵金属催化剂设计提供了新思路，推动CO2资源化利用。

　　

全球气候变暖正引发"沸腾时代"的警报，大气CO₂浓度已突破425 ppm，较40年前激增20%。将CO₂转化为甲醇等增值化学品被视为缓解温室效应的关键路径，但传统催化体系面临高温高压（>300°C、>30 bar）的能耗瓶颈，且易产生有毒CO副产物。尤其当采用Cu/ZnO催化剂时，活性位点团聚和CO₂活化能力不足严重制约催化效率。

泰国苏拉那里科技大学（Suranaree University of Technology）的研究团队创新性地采用"酸性蚀刻-自组装"策略，在CuZn-BTC金属有机框架前驱体中引入Ga/Ti/Zr等非贵金属，开发出系列改性催化剂（CZB-Ga/CZB-Ti/CZB-Zr）。通过2-丁醇溶剂辅助的低温反应体系（280°C、30 bar），Ti修饰催化剂展现出12.2%的甲醇产率和2.2 g·kg_cat^-1·h^-1的生产强度，同时将CO选择性降至最低。该成果发表于《F》期刊，为温和条件下CO₂催化转化提供了新范式。

研究团队主要采用粉末X射线衍射（PXRD）分析晶体结构，通过N₂物理吸附和场发射扫描电镜（FE-SEM）表征材料形貌，结合H₂-TPR和CO₂-TPD探究表面化学性质，并利用批次浆态反应器评估催化性能。

催化剂制备与表征
以ZIF-8为模板，通过甲醇分散和金属盐溶液蚀刻构建CuZnM-BTC前驱体。SEM显示所有改性样品均保持纳米棒形貌，PXRD证实异质金属的引入未改变晶体结构，但XPS显示Ti²⁺显著提高了Cu⁺/Cu⁰活性位点比例。

催化性能分析
在CO₂/H₂=1/3的原料气中，CZB-Ti的CO₂转化率达77.0%，较未改性样品提升2.3倍。H₂-化学吸附证实Ti修饰使活性位点分散度提高47%，而N₂O滴定显示金属表面积增加至158 m²/g。

结论与意义
该研究证实异质金属修饰可精准调控CuZn催化剂的电子结构和几何构型：Ti²⁺通过形成Cu-O-Ti界面促进H₂解离，同时抑制反向水煤气变换（RWGS）副反应。这种MOF衍生策略实现了活性组分原子级分散，为开发低温高效CO₂转化催化剂提供了普适性方法，对实现碳循环经济具有重要实践价值。