隨著化石燃料的逐漸耗盡，其燃燒產(chǎn)生的大量二氧化碳排放帶來了嚴(yán)峻環(huán)境問題，能源與環(huán)境雙重挑戰(zhàn)日益凸顯，已對(duì)人類生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在此背景下，通過碳捕獲與利用（CCU）的過程來減少二氧化碳排放成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)方向。將二氧化碳作為化學(xué)生產(chǎn)的非傳統(tǒng)且可持續(xù)的碳源加以利用，可減少對(duì)石油等化石燃料的依賴，并妥善解決碳排放問題。在眾多的加氫產(chǎn)物中，甲醇是被受青睞的選擇。由于其出色的催化性能和穩(wěn)定性，雙金屬氧化物催化劑已成為該領(lǐng)域最具前景的研究課題。

近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所低碳催化與二氧化碳利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與蘭州大學(xué)共同發(fā)表了用于二氧化碳加氫制甲醇的雙金屬氧化物催化劑綜述文章。文章綜述了雙金屬氧化物催化劑在CO₂加氫制甲醇領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，重點(diǎn)探討了催化劑的分類、制備方法、構(gòu)效關(guān)系、反應(yīng)機(jī)理及工業(yè)化潛力。雙金屬氧化物催化劑因其優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)、可調(diào)控活性位點(diǎn)及優(yōu)異穩(wěn)定性，成為突破傳統(tǒng)銅基催化劑瓶頸的新方向。

文章介紹了雙金屬氧化物催化劑的分類，主要包括Co基氧化物催化劑、In基氧化物催化劑和M_aZrO_x (M_a = Zn,?Cd,?Ga etc.)固溶體催化劑。Co基氧化物催化劑通過界面協(xié)同作用提升CO₂轉(zhuǎn)化率，但甲醇選擇性較低；In基氧化物催化劑依托氧空位高效活化CO₂和H₂，甲醇選擇性很高。固溶體催化劑通過Zr與M之間的協(xié)同效應(yīng)和M–O鍵的極化促進(jìn)H₂異裂解離，其中GaZrO_x催化劑時(shí)空產(chǎn)率達(dá)760 g_CH3OH+DME kg_cat^?1 h^?1。探討了影響催化性能的關(guān)鍵因素，包括晶體結(jié)構(gòu)、助劑和催化劑制備方法。晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控表面酸堿性、活性組分分散度和載體-活性組分相互作用；助劑調(diào)控活化CO₂和H₂的能力和反應(yīng)中間體的吸附性能；催化劑制備方法調(diào)控催化劑結(jié)構(gòu)特性、傳質(zhì)和活性位點(diǎn)可接近性。此外，文章還對(duì)比了幾種催化劑的合成成本和穩(wěn)定性，指出需開發(fā)低In、Ga含量體系，并在工業(yè)化條件下驗(yàn)證穩(wěn)定性?？偨Y(jié)了雙金屬氧化物的催化機(jī)理，認(rèn)為甲酸鹽路徑是主要途徑，其中HCOO*和CH₃O*為關(guān)鍵中間體，氧空位與金屬-載體界面協(xié)同促進(jìn)CO₂吸附與HCOO*中間體氫化，而RWGS路徑可通過調(diào)控表面酸堿性選擇性抑制。

研究表明，該領(lǐng)域目前仍存在亟待突破的瓶頸，包括現(xiàn)有體系低溫活性不足、催化劑組成局限及ZrO₂基固溶體的構(gòu)效關(guān)系缺乏理論計(jì)算支撐等。未來研究人員將聚焦提高現(xiàn)有雙金屬氧化物催化劑的性能、創(chuàng)建新型催化體系，并對(duì)雙金屬協(xié)同作用、活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)、催化反應(yīng)路徑和動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行廣泛理論研究。

該文章以“Bimetallic Oxide Catalysts for CO₂ Hydrogenation to Methanol: Recent Advances and Challenges ”為題發(fā)表在Chinese Journal of Catalysis上，吳劍峰副研究員和丑凌軍研究員為共同通訊作者。

二氧化碳加氫制甲醇的雙金屬氧化物綜述