用于CO2催化加氢In2O3基催化剂的研究进展

摘要

人类向大气中排放的大量二氧化碳(CO2)造成了一系列环境问题,极大地威胁了人类的生存.CO2催化加氢在众多CO2减排思路中具有独特优势.将CO2与氢气(H2)转化为高附加值的下游化学品,既可以减少大气中CO2浓度,又可以生产具有经济价值的商品,具有良好的应用前景.近年来,氧化铟(In2 O3)催化剂作为一种高效的新型CO2加氢制甲醇的催化剂在学界饱受关注.In2 O3表面经过活化后会产生大量氧空位,氧空位周期性产生和湮灭组成的机制抑制了副反应的发生,将CO2高选择性地加氢转化为甲醇.文献中报道In2 O3在200～300°C时甲醇选择性接近100％,特别是在高温下仍能维持高甲醇选择性.这种高温下优异的性能使In2 O3可被用于与沸石分子筛耦合制备催化CO2加氢直接制烃类化合物的双功能催化剂.In2 O3催化剂的缺陷在于其CO2的转化率较低限制了甲醇的产率.学界目前采取了一系列策略对In2 O3催化剂进行优化和改进.主要的策略有二:(1)将In2 O3负载在其他氧化物载体上;(2)在In2 O3体系中引入其他金属元素.将In2 O3负载在其他氧化物载体上可以增加In2 O3的分散度,增加催化剂中氧空位的含量,增强吸附CO2的能力,稳定关键的表面中间物种.将In2 O3负载在ZrO2上是该策略的典型例子,它可以极大地增强催化剂的本征活性.在In2 O3体系中引入其他金属元素可以增强H2解离吸附以及H2溢流的能力.文献中已经报道了在In2 O3体系中引入Pd、Pt、Cu、Rh、Au、Co、Ni等金属,并取得了良好的效果.本文归纳了In2 O3催化剂用于CO2加氢的研究进展,分别对In2 O3的结构、In2 O3用于CO2加氢的现状、以及新型In2 O3基催化剂的设计与改良三个方面对In2 O3在CO2加氢中的应用进行综述,并对In2 O3基催化剂用于CO2加氢反应的研究思路以及发展前景进行展望,以期为之后In2 O3催化体系用于CO2加氢的研究提供思路及参考.