CO
2
的减排已引起国际社会的广泛关注，利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电解水制氢来进行
CO
2
加氢制甲醇等燃料及化学品是实现
CO
2
减排和碳资源可持续利用最为可行的策略。
从科学认识自然光合作用的角度来看，
CO
2
加氢制甲醇暗合了光合作用中暗反应的功效，是太阳能制液体燃料的重要途径。诺贝尔化学奖得主美国南加州大学
Olah
教授团队曾前瞻性地提出转化
CO
2
的“甲醇经济”理念，李灿院士团队强调基于可再生能源实现
CO
2
的碳资源化利用。
甲醇是重要的平台化学分子，由甲醇可制取烯烃、芳烃等大宗化学品以及汽油、柴油，也可直接用作燃料或燃料添加剂。目前来看，实现
CO
2
加氢制甲醇产业化的瓶颈在于高效太阳能及可再生能源制氢技术和高选择性、高活性
CO
2
加氢制甲醇催化技术的发展。
近年来，
CO
2
加氢制甲醇催化新体系报道很多，所报道的新体系大多要跟目前工业上合成气制甲醇的
Cu/ZnO/Al
2
O
3
催化剂比较，一般结果是所报道的新体系催化性能优于
Cu/ZnO/Al
2
O
3
催化剂。
图
1.
不同催化剂催化
CO
2
加氢制甲醇性能
图
2. CeO
x
/Cu
催化剂催化
CO
2
加氢制甲醇
DFT
计算
Jesús Graciani, José A. Rodriguez et al. Highly
active copper-ceria and copper-ceria-titania catalysts for methanol synthesis
from CO
2
. Science 345, 2014, 546-550.
催化性能包括活性、选择性、稳定性等指标，这里有两点值得注意，一是要注意，所开发的新体系与
Cu/ZnO/Al
2
O
3
比较的条件是否合理，
Cu/ZnO/Al
2
O
3
催化剂的工作一般采用固定床，工艺条件为
5-10 MPa
，
200-300
o
C
，
10000-20000 h
-1
，偏离了工艺条件的
Cu/ZnO/Al
2
O
3
催化性能未必最佳。二是要注意，甲醇收率的单位，是单位催化剂还是单位活性金属，
Cu/ZnO/Al
2
O
3
之所以作为合成甲醇催化剂的标杆是因为其单位催化剂的甲醇最率最好，但它属于体相催化剂，其金属
Cu
摩尔含量一般为
60%
，若比较每摩尔活性金属上甲醇收率，其值未必最高。
提高甲醇的选择性是
CO
2
加氢转化最大的挑战之一，传统用于合成气制甲醇的
Cu
基催化剂应用于
CO
2
加氢制甲醇时，突出问题是甲醇选择性低（
50
～
60%
）。另外，反应生成的水会加速
Cu
基催化剂的失活。
有鉴于此，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队发展了一种不同于传统金属催化剂的
ZnO-ZrO
2
双金属固溶体氧化物催化剂，实现了
CO
2
高选择性高稳定性加氢合成甲醇。
图
3. ZnO-ZrO
2
催化剂催化
CO
2
加氢制甲醇示意图
王集杰、李冠娜、李灿等研究人员开发的固溶体氧化物
ZnO-ZrO
2
催化剂，在
CO
2
单程转化率超过
10%
时，甲醇选择性仍保持在
90%
左右，是目前同类研究中综合水平最好的结果。
图
4. ZnO-ZrO
2
催化剂的催化性能
研究表明，该催化剂的固溶体结构特征提供了双活性中心反应位点，
Zn
和
Zr
，其中
H
2
和
CO
2
分别在
Zn
