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利用CO
2
和可再生绿色H
2
生产CH
3
OH，不仅促进了碳资源的有效利用，而且促进了能源的再分配。然而，CO
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分子的热力学稳定性和对目标产物的低选择性为催化CO
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转化提出了挑战。金属氧化物是催化CO
2
氢化为CH
3
OH常用的活性相，但其氢解离能力较差。
为了克服这一限制，人们引入了具有优越氢解离性能的金属，如PdZn-ZnO催化剂。然而，它导致了副产物CO的选择性激增，因为逆水-煤气变换反应(RWGS)反应往往更容易发生在金属位点上。
尽管人们努力通过掺杂、修饰载体和合金化等策略来应对这些挑战，但结果尚未达到预期。表面化学环境对于诱导电子密度和结构的变化进而提升CO
2
氢化选择性至关重要，但其在重建活性相中的潜在作用被明显忽略。
近日，
天津大学李新刚
、
田野
和
程庆鹏
等通过设计TiO
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载体的晶格位错密度，优化了相邻的PdZn-ZnO双位点的电子结构和化学环境。结果表明，降低TiO
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的晶格位错密度提高了晶格的稳定性，从而削弱了载体与活性相之间的电子相互作用；同时，它促进了金属Pd向PdZn合金的转化，减少了Pd
0
位点上羧酸途径介导的RWGS副作用，从而显著降低了副产物CO的选择性。
此外，TiO
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的适度晶格位错密度增强了活性氢物种(H*)从PdZn合金向ZnO位点的溢出，这种增强增加了ZnO上的氧空位(O
v
)的数量，这对于激活CO
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至关重要。这种设计确保了H*物种的持续供应，以保持在ZnO上的富羟基的环境，促进甲酸中间体氢化生产CH
3
OH。
PdZn-ZnO双位点的协同效应显著提高了通过甲酸途径生产CH
3
OH的催化性能。性能测试结果显示，在5.0 MPa和300 °C条件下，最佳的PdZn-ZnO/TiO
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-650双位点催化剂获得了80.0%的高CH
3
OH选择性，CH
3
OH时空产率(STY)为9028.0 mg
MeOH
g
Pd+Zn
-1
h
-1
，超过了之前文献中报道的大多数PdZn基催化剂。
此外，在5.0 MPa、250 °C和气时空速(GHSV)为3600 mL g
cat
-1
h
-1
的反应条件下，可实现11.0%的高CO
2
转化率和90.3%的高CH
3
OH选择性。
更重要的是，在连续50小时的测试过程中，PdZn-ZnO/TiO
2
-650具有较高的稳定性。总的来说，该项研究揭示了热催化过程中金属氧化物的晶格位错与反应机理之间的相关性，为设计高效的CO
2
氢化催化剂提供了理论依据。
Engineering lattice dislocations of TiO
2
support of PdZn-ZnO dual-site catalysts to boost CO
2
hydrogenation to methanol. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202424435
李新刚
，天津大学化工学院教授，博导，催化科学与工程系主任、院长助理。天津大学工业催化学科带头人、国家万人计划科技创新领军人才、国家重点研发项目首席科学家、教育部新世纪人才、天津市“碳资源高效转化”131创新团队负责人。荣获天津市自然科学一等奖、中国石油和化工教育教学优秀成果二等奖、国际催化理事会青年科学家奖。研究方向为低碳分子催化转化、生物质转化、燃料电池在线催化供氢系统和机动车尾气及工业废气污染物催化消除。相关成果在Nat. Commun、Chem、Energy Environ.Sci.、Chem. Sci.、J. Catal.、ACS Catal.和Appl. Catal. B等国际高水平学术期刊发表SCI论文。研究成果曾被Nat. Commun.和ChemSusChem遴选为Editors' highlights论文，Chem. Sci.等期刊封面论文、热点论文。
