利用氢气将CO₂还原成甲醇（CH₃OH）(CO₂+3H₂ ↔ CH₃OH；ΔH_298K,_50bar=−90.7 kJ mol⁻¹）是CO₂减排最简单和最有前途的途径之一，CH₃OH既可用作一系列有价值产品的原料(“材料用途”)，也可用作过剩电能的化学储存(“能量用途”)。

近日，德国基尔大学Shilong Chen，乌尔姆大学Ali M. Abdel-Mageed，R. Jürgen Behm报道了在CO₂加氢合成甲醇反应中，提出了一种简单、可控的方法来改善Au/ZnO催化剂的活性，特别是对CH₃OH生成的选择性，研究了不同的ZnO粒径对催化剂性能的影响。

文章要点

1）实验结果表明，在Au负载量/Au粒径不变的情况下，随着ZnO粒径（22~103 nm）的增大，CH₃OH生成活性呈火山型变化，选择性稳步提高。这得益于电子金属载体相互作用（EMSIs）以及部分还原的ZnO_x的部分过度生长引起的Au界面位的电子修饰。电子修饰是由于反应过程中ZnO晶格中O空位缺陷的增加，EPR谱结果显示，O-空位缺陷的浓度随载体表面Au纳米颗粒（NPs）密度的增加而增加，从而增加了ZnO颗粒的尺寸，并向邻近的Au位转移电荷。

2）研究人员认为存在一个最佳的电荷转移，从而存在一个最佳的Au NP密度，实现最大的甲醇生成速率。在−140 °C的CO吸附过程中，利用STEM成像表征ZnO_x的部分过度生长，并通过原位FTIR光谱进行了定量分析。结果表明可获得的Au表面积显著减小，且随Au NP密度的减小而明显减小。

研究结果表明，在恒定金属负载量下优化载体粒径，从而优化Au-NP密度，是控制负载型催化剂性能的一种有吸引力的方法。

参考文献

Shilong Chen, et al, Controlling the O-Vacancy Formation and Performance of Au/ZnO Catalysts in CO₂ Reduction to Methanol by the ZnO Particle Size, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01415

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01415