MOFs限域Cu/ZnOx超小纳米粒子催化氢化CO2的研究进展

CO₂氢化是减少二氧化碳排放的可能途径之一。甲醇既可作为重要的化工原料，也是具有现实意义的潜在清洁能源。Cu/ZnO和Cu/ZrO₂是CO₂氢化为甲醇的重要催化剂。在高温高压的反应条件下，催化剂的表面重构和颗粒生长易降低催化活性和选择性。构筑稳定的催化剂是目前CO₂加氢制甲醇研究的热点之一。

金属有机框架（MOFs）具有开放的骨架和规整的孔道结构，是可官能化的催化剂载体。近日，厦门大学的林文斌（点击查看介绍）、汪骋（点击查看介绍）教授课题组利用ZrMOFs后修饰组装技术和MOFs限域效应，原位构筑获得了具有高混合度和高分散度的超小Cu/ZnO_x纳米粒子（NPs）。该研究团队以含有Zr₆簇金属连接点及Zn²⁺离子后修饰的UiO-bpy MOF（bpy代表2,2'-联吡啶）为载体，利用MOF结构对生成纳米粒子Cu和ZnO_x的分散作用，原位还原得到超小Cu/ZnO_x纳米粒子。该粒子在催化CO₂氢化得到甲醇的反应中表现出高活性和100%的选择性，比目前商业所使用的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂高3倍。

对催化剂结构的精细表征结果表明，原位形成的超小Cu/ZnO_x纳米粒子直径小于2 nm，且限域在MOF的纳米空腔中。作者利用XPS测量反应气体氛围和温度下催化剂中Zn和Zr的价态，证实了催化过程中存在低价态的Zn(0)和Zr(III)，结合TPD等表征，他们还发现催化剂界面的氢溢流在CO₂氢化中起到重要作用。

这一研究成果发表于J. Am. Chem. Soc. 上。文章的第一作者为厦门大学的博士生安冰，硕士生张竞争参与了部分表征工作，催化剂评价方面得到了厦门大学能源材料化学协同创新中心（2011-iChem）博士后成康的帮助。

该论文作者为：Bing An, Jingzheng Zhang, Kang Cheng, Pengfei Ji, Cheng Wang, and Wenbin Lin

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Confinement of Ultrasmall Cu/ZnO_x Nanoparticles in Metal–Organic Frameworks for Selective Methanol Synthesis from Catalytic Hydrogenation of CO₂

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 3834, DOI: 10.1021/jacs.7b00058

导师介绍

林文斌

http://www.x-mol.com/university/faculty/14039

汪骋

http://www.x-mol.com/university/faculty/44764