二氧化碳(CO2)的大量排（pái）放導致全球氣候變暖，進而誘發警如台風、高溫、暴雨、泥石流、幹旱等極端惡劣氣候現象頻發。CO2排放（fàng）增加主（zhǔ）要是人類大量使用（yòng）化石能源造成（chéng）的（de），能源的高消耗就意味著高 CO2排放量。如何降低（dī）CO2排放量（liàng）成為各國學者、專家以及國（guó）家領導人共同關注的熱點。

對 CO2進行轉化利用是降低（dī）二氧化碳排放的重要方式。近年來，人們分別在CO2熱轉化製甲醇、烯烴、油品以及CO2光轉化方（fāng）麵進行了（le）大量研究，取得了（le）一係列成果。特（tè）別要指出的是，在CO2及合成氣熱轉化研究中（zhōng）觀察（chá）到了有趣的雙功能催化劑顆粒“微納接觸”的催化調控效應;另外，在CO2光轉化方麵，基於多級孔結構設計合成的（de）微納催（cuī）化劑，比常規催化劑具有更（gèng）高的CO2轉（zhuǎn）化性能。本章（zhāng）將側重總結介紹以上兩類體係在 CO2轉化（huà）利用方麵的最新研究進展。

甲醇是製備甲醛、二甲（jiǎ）醚、乙酸、甲基叔丁基醚 (methyl tert-butyl ether，MTBE)、二甲基甲酰胺 (dimethyl formamide，DMF )、氯甲烷、甲胺等（děng）一（yī）係列重要化工產品的上遊原料。2006 年美國科學（xué）家（jiā） George A.Olah 等在《跨越油氣時代：甲醇經濟》一書中介紹了“氫經濟”及（jí）其局限性，進而提出“甲醇經濟”的（de）概念，非常前瞻性地提出了利用工業排放及自然界的 CO2合成甲醇及二甲醚(dimethylether，DME)的觀點。傳統銅基催化劑（jì）是（shì）研究最為廣泛的CO2加氫製甲醇催化劑。該類催（cuī）化劑主要由 Cu、ZnO 等催化活性組（zǔ）分和 Al203、SiO2,、ZrO2等載體組成。CO2加氫生成甲醇反應是（shì）分子數減少的放熱反應，因此高壓、低溫在（zài）熱力學（xué）上是有利的;然而CO2分子極為穩定，所以高溫在（zài）動力學上有（yǒu）利於二氧化碳的轉化（huà）。綜合可知，高壓及適當溫度（dù）有利於甲（jiǎ）醇的高收率。

Cu/ZnO/Al203是（shì）傳統合成氣（qì）製甲醇的經典催化劑，因此人們首先對其在CO2加氫製甲醇方麵進行了一係列研究。Grabow 和 Mavrikakis 利用密（mì）度泛函理論(density functional theory，DFT) 在傳統 Cu/ZnO/Al203催化劑的 Cu(111)晶麵對22 種吸附物種、8 種氣相物種以及 49 個可能基元步驟進行計算，總結得到9個合理的基元反應步驟，得出反應中間物（wù）種依次為 HCOO*、HCOOH*、H2COOH*、H2CO*、H3CO*、CH3OH，從動力學方麵（miàn）合理地解（jiě）釋了CO2加氫的反應機（jī）理。NØrskov 和 SchlÖgl等（děng）利用 DFT 對傳統（tǒng） Cu/ZnO/Al203催化劑進行研究發現，平整Cu(111)晶（jīng）麵基本不具（jù）有CO2加氫催化活性，反應活性位點主要依賴於兩個因（yīn）素（sù）：一是 Cu的表麵出（chū）現類似堆積層錯或者攣晶界麵的體相缺陷;二是存在 Znδ+[主要由於（yú）載體金（jīn）屬強（qiáng）相互作用(SMSI)以及銅鋅（xīn）合金的部分氧化（huà）所得]，如何盡可能多地得到充（chōng）足的反應活（huó）性位，對催化劑性能的（de）提高（gāo）至關重要。除Cu/ZnO/Al203催（cuī）化劑外，Studt 等通過 DFT 算預測 Ni5Ga3金（jīn）屬間化合物具（jù）有（yǒu）良好 CO2常壓（yā）加氫製甲醇催化性能，實驗（yàn）證實該（gāi）催化劑確實比（bǐ）傳統 Cu/ZnO/Al203催化劑具有更高的催（cuī）化性（xìng）能:在 200℃、氣時空速 6000 h-1、常壓條件下，CO2轉化（huà）率（lǜ）可達 2.3%,甲醇與二甲醚選擇性接近 100%(不計 CO 選擇性)，遠遠高（gāo）於傳統 Cu/ZnO/Al203催（cuī）化劑的甲醇（chún）選擇性。進一步研究發現，Ni5Ga3催（cuī）化劑（jì）具有Ni與Ga兩個（gè）活性位點（diǎn），Ni主要與逆水煤氣變換反應 (reverse water gas shift，RWGS)有關，而（ér） Ga 與甲醇合（hé）成有關。最近（jìn），Wang 等將0.1 g 40~80 目的 ZnO-ZrO2固溶體催化劑顆粒分散稀釋到 0.4 g石英砂中，用於催化 CO2加合成甲醇反應，在 5.0 MPa、氣時空速 24000 mL/(g*h)、H2:CO2摩（mó）爾比（bǐ）(3 :1)~(4:1)和315~320℃的條件（jiàn）下獲得了約 10%的 CO2單程轉化率和 86%~ 91% 的甲醇選擇性，且具有良好的穩定性。

毋（wú）庸置疑，隨著CO2加氫製甲（jiǎ）醇研究的不斷（duàn）發展和成熟，實現工業（yè）化也將成為重要趨勢，而 CO2製甲（jiǎ）醇工（gōng）藝流程和設（shè）備與傳（chuán）統甲醇合成工藝相比差別並（bìng）不大，投資成本較低，國內外已有工業化實（shí）例，極具可行性。但由於受氫源、催化劑等問題的限製，要想（xiǎng）實現（xiàn）大規模工業（yè）化生產，仍須做更多的工作。

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