随着世界工业化和城市化程度的提高，大量的化石能源被燃烧，大气中二氧化碳(CO₂)的浓度不断增加。过度使用化石能源不仅会导致能源危机，还会造成温室效应。因此，新型可持续能源的开发正引起世界各国的广泛关注。在这方面，利用CO₂是很有前景的方法之一。CO₂可以被认为是一种廉价而丰富的C1原料。CO₂通过加氢产生有价值的化学物质，可以适当减少CO₂的排放和对化石能源的依赖。作为一种有价值的化学品，甲酸被广泛用于皮革和动物饲料的生产，因为它在室温下呈液态且稳定，并且毒性低。因此，直接通过CO₂加氢合成甲酸的方法比传统的两步羰基化法更方便、更环保。然而，由于 CO2 的热力学稳定性高，CO2 的转化非常困难 [19, 20]。 CO2 通常需要在碱性水溶液的帮助下转化为 HCO3 -，然后通过催化剂与氢气反应转化为甲酸盐。因此，设计高效、稳定的催化剂不仅可以使CO₂加氢生产更加经济，而且可以实现以CO₂为反应物的氢气循环的经济性。开发具有良好活性和可循环利用性的二氧化碳加氢催化剂具有挑战性。

有鉴于此，日本大阪大学Hiromi Yamashita教授等人，报道了一种三元杂化多相催化剂，包括单核Ru络合物、含N、P的多孔有机聚合物(POPs)和介孔空心碳球(Ru³⁺-POPs@MHCS)，用于 CO₂ 加氢生成甲酸。

本文要点

1）基于综合结构分析，证明了Ru³⁺-POPs成功地固定在 MHCS 中。与不含 POPs 聚合物 (Ru³⁺-MHCS) 和未包封MHCS (Ru³⁺-0.5POPs) 的Ru³⁺ 催化剂相比，用约 5 wt.% Ru³⁺ 和 0.5 mmol POPs 聚合物限制在 0.3 g MHCS 中获得的优化Ru³⁺-0.5POPs@MHCS 催化剂，对 CO₂ 加氢成甲酸表现出高催化活性（在温和的反应条件下(4.0 MPa, 120°C)可以在24 h保持TON> 1200），而且具有更高的耐久性。

2）改进的催化性能归因于 MHCS 的高表面积和大孔体积，这有利于 Ru³⁺-POPs 的分散和稳定。此外，MHCS 和 POPs 表现出较高的 CO₂ 吸附能力。将Ru³⁺-POPs封装在MHCS中，降低了CO₂加氢生成甲酸的活化能垒。

参考文献：

Guoxiang Yang et al. Ru complex and N, P-containing polymers confined within mesoporous hollow carbon spheres for hydrogenation of CO₂ to formate. Nano Res., 2021.

DOI: 10.1007/s12274-021-3792-2

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3792-2