人工固碳技术—热催化还原CO2催化剂的研究进展

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210451

摘要/Abstract

摘要：

选择性加氢在功能材料合成和化学产品提纯等化工领域中有非常重要的应用，并且近年来为减少温室效应的影响，将CO₂催化选择性加氢转化成其他有应用价值的物质成为研究热点之一。其中热催化是应用较为广泛、易得到多种目标产物并且获得产品收率较高的方法。目前，利用CO₂多相热催化加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃等多种高价值的燃料和化学品已取得了一定进展，但仍存在一些难点问题，其中制备高效催化剂是催化加氢反应的关键问题之一。一直以来，研究人员致力于解决催化剂的活性和选择性问题，通过助剂掺杂和加入功能性载体对催化剂进行改性。针对这些问题，本文简要介绍了CO₂催化加氢的研究背景，总结了近5年来热催化CO₂加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃产品过程中使用催化剂的种类及对加氢反应的影响，期望为CO₂多相催化加氢中新型催化剂的开发提供参考。

关键词: CO₂催化加氢, 热催化, 甲烷, 甲醇, 轻烯烃

Abstract:

Selective hydrogenation has very important applications in the chemical industry such as synthesis of functional materials and purification of chemical products. In recent years， in order to reduce the impact of the greenhouse effect， the selective hydrogenation of CO₂ into other valuable chemicals has become a research hotspot. Among them， the thermal catalysis is widely used， easy to obtain a variety of target products and high yield of products. At present， the heterogeneous thermal catalytic hydrogenation of CO₂ to produce methane， methanol， light olefins and other high-value fuels and chemicals has made some progresses， but their development is still challenging. The preparation of high-efficiency catalysts is one of the keys. For a long time， researchers have been committed to solving the problem of catalyst activity and selectivity， and modifying the catalysts by doping with additives and adding functional carriers. In response to these problems， this article briefly introduces the background of the catalytic hydrogenation of CO₂ and reviews the catalysts used in the heterogeneous thermal catalytic hydrogenation of CO₂ into methane， methanol and light olefin products in recent five years. It is expected to provide a reference for the development of new catalysts in the heterogeneous catalytic hydrogenation of CO₂.

Key words: Catalytic hydrogenation of carbon dioxide, Thermal catalysis, Methane, Methanol, Light olefins

中图分类号:

O614

吴雪婷, 于洋, 宋术岩, 张洪杰. 人工固碳技术—热催化还原CO₂催化剂的研究进展[J]. 应用化学, 2022, 39(4): 599-615.

Xue-Ting WU, Yang YU, Shu-Yan SONG, Hong-Jie ZHANG. Artificial Carbon Sequestration Technology—Research Progress on the Catalysts for Thermal Catalytic Reduction of CO₂[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2022, 39(4): 599-615.

图/表 15

参考文献 102

1	NIU Y， HUANG X， WANG Y， et al. Manipulating interstitial carbon atoms in the nickel octahedral site for highly efficient hydrogenation of alkyne［J］. Nat Commun， 2020， 11（1）： 3324.
2	LIU S， NIU Y， WANG Y， et al. Unravelling the role of active-site isolation in reactivity and reaction pathway control for acetylene hydrogenation［J］. Chem Commun， 2020， 56（47）： 6372-6375.
3	NIU Y， LIU X， WANG Y， et al. Visualizing formation of intermetallic PdZn in a palladium/zinc oxide catalyst： interfacial fertilization by PdHx［J］. Angew Chem Int Ed， 2019， 58（13）： 4232-4237.
4	JIANG X， NIE X， GUO X， et al. Recent advances in carbon dioxide hydrogenation to methanol via heterogeneous catalysis［J］. Chem Rev， 2020， 120（15）： 7984-8034.
5	LONG Y， LI J， WU L， et al. One-pot synthesis of cobalt-doped Pt-Au alloy nanoparticles supported on ultrathin alpha-Co（OH）₂ nanosheets and their enhanced performance in the reduction of p-nitrophenol［J］. Eur J Inorg Chem， 2017，（1）： 146-152.
6	PAN J， ZHANG L， ZHANG S， et al. Half-encapsulated Au nanorods@CeO₂ core@shell nanostructures for near-infrared plasmon-enhanced catalysis［J］. ACS Appl Nano Mater， 2019， 2（3）： 1516-1524.
7	LI J， SONG S， LONG Y， et al. Investigating the hybrid-structure-effect of CeO₂-encapsulated Au nanostructures on the transfer coupling of nitrobenzene［J］. Adv Mater， 2018， 30（7）： 1704416.
8	LI J， LONG Y， LIU Y， et al. Robust synthesis of gold-based multishell structures as plasmonic catalysts for selective hydrogenation of 4-nitrostyrene［J］. Angew Chem Int Ed， 2020， 59（3）： 1103-1107.
9	LONG Y， LI J， WU L， et al. Construction of trace silver modified core@shell structured Pt-Ni nanoframe@CeO₂ for semihydrogenation of phenylacetylene［J］. Nano Res， 2019， 12（4）： 869-875.
10	SONG S， LI K， PAN J， et al. Achieving the trade-off between selectivity and activity in semihydrogenation of alkynes by fabrication of （asymmetrical Pd@Ag core）@（CeO₂ shell） nanocatalysts via autoredox reaction［J］. Adv Mater， 2017， 29（8）： 1605332.
11	LIU Y， WANG Q， WU L， et al. Tunable bimetallic Au-Pd@CeO₂ for semihydrogenation of phenylacetylene by ammonia borane［J］. Nanoscale， 2019， 11（27）： 12932-12937.
12	SONG S， LIU X， LI J， et al. Confining the nucleation of Pt to in situ form （Pt-enriched cage）@CeO₂ core@shell nanostructure as excellent catalysts for hydrogenation reactions［J］. Adv Mater， 2017， 29（28）： 1700495.
13	LONG Y， SONG S， LI J， et al. Pt/CeO₂@MOF core@shell nanoreactor for selective hydrogenation of furfural via the channel screening effect［J］. ACS Catal， 2018， 8（9）： 8506-8512.
14	XU J， ZHU J， LIU Y， et al. In situ construction of Pt-Ni NF@Ni-MOF-74 for selective hydrogenation of p-nitrostyrene by ammonia borane［J］. Chem Eur J， 2020， 26（55）： 12539-12543.
15	WANG Q， LI J， WANG X， et al. Surfactant-guided synthesis of porous Pt shells with ordered tangential channels， coated on Pd nanostructures， and their enhanced catalytic activities［J］. Chem Eur J， 2018， 24（58）： 15649-15655.
16	XU J， YANG W， SONG S， et al. Ultra-small noble metal ceria-based catalytic materials： from synthesis to application［J］. Eur J Inorg Chem， 2021， 2021（8）： 689-701.
17	WU H C， CHEN T C， WU J H， et al. Influence of sodium-modified Ni/SiO₂ catalysts on the tunable selectivity of CO₂ hydrogenation： effect of the CH₄ selectivity， reaction pathway and mechanism on the catalytic reaction［J］. J Colloid Interf Sci， 2021， 586： 514-527.
18	HONGMANOROM P， ASHOK J， ZHANG G， et al. Enhanced performance and selectivity of CO₂ methanation over phyllosilicate structure derived Ni-Mg/SBA-15 catalysts［J］. Appl Catal B， 2021， 282： 119564.
19	SIAKAVELAS G I， CHARISIOU N D， ALKHOORI S， et al. Highly selective and stable nickel catalysts supported on ceria promoted with Sm₂O₃， Pr₂O₃ and MgO for the CO₂ methanation reaction［J］. Appl Catal B， 2021， 282： 119562.
20	WU C Y， LIN L L， LIU J J， et al. Inverse ZrO₂/Cu as a highly efficient methanol synthesis catalyst from CO₂ hydrogenation［J］. Nat Commun， 2020， 11（1）： 5767.
21	CHEN K， FANG H， WU S， et al. CO₂ hydrogenation to methanol over Cu catalysts supported on La-modified SBA-15： the crucial role of Cu-LaOx interfaces［J］. Appl Catal B， 2019， 251： 119-129.
22	HU B， YIN Y Z， LIU G L， et al. Hydrogen spillover enabled active Cu sites for methanol synthesis from CO₂ hydrogenation over Pd doped CuZn catalysts［J］. J Catal， 2018， 359： 17-26.
23	NUMPILAI T， CHANLEK N， POO-ARPORN Y， et al. Pore size effects on physicochemical properties of Fe-Co/K-Al₂O₃ catalysts and their catalytic activity in CO₂ hydrogenation to light olefins［J］. Appl Surf Sci， 2019， 483： 581-592.
24	SATTHAWONG R， KOIZUMI N， SONG C S， et al. Comparative study on CO₂ hydrogenation to higher hydrocarbons over Fe-based bimetallic catalysts［J］. Top Catal， 2014， 57（6/7/8/9）： 588-594.
25	RAMIREZ A， GEVERS L， BAVYKINA A， et al. Metal organic framework-derived iron catalysts for the direct hydrogenation of CO₂ to short chain olefins［J］. ACS Catal， 2018， 8（10）： 9174-9182.
26	RUI N， ZHANG X， ZHANG F， et al. Highly active Ni/CeO₂ catalyst for CO₂ methanation： preparation and characterization［J］. Appl Catal B， 2021， 282： 119581.
27	XIE Z H， TIAN D， XIE M， et al. Interfacial active sites for CO₂ assisted selective cleavage of C—C/C—H bonds in ethane［J］. Chem， 2020， 6（10）： 2703-2716.
28	YAN B H， YAO S Y， KATTEL S， et al. Active sites for tandem reactions of CO₂ reduction and ethane dehydrogenation［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2018， 115（33）： 8278-8283.
29	LI S W， XU Y， CHEN Y F， et al. Tuning the selectivity of catalytic carbon dioxide hydrogenation over iridium/cerium oxide catalysts with a strong metal-support interaction［J］. Angew Chem Int Ed， 2017， 56（36）： 10761-10765.
30	YE R P， DING J， GONG W， et al. CO₂ hydrogenation to high-value products via heterogeneous catalysis［J］. Nat Commun， 2019， 10： 5698.
31	MOTA F M， KIM D H. From CO₂ methanation to ambitious long-chain hydrocarbons： alternative fuels paving the path to sustainability［J］. Chem Soc Rev， 2019， 48（1）： 205-259.
32	ZHAO Y， GAO W， LI S， et al. Solar-versus thermal-driven catalysis for energy conversion［J］. Joule， 2019， 3（4）： 920-937.
33	XIE S， ZHANG Q， LIU G， et al. Photocatalytic and photoelectrocatalytic reduction of CO₂ using heterogeneous catalysts with controlled nanostructures［J］. Chem Commun， 2016， 52（1）： 35-59.
34	YANG F， ELNABAWY A O， SCHIMMENTI R， et al. Bismuthene for highly efficient carbon dioxide electroreduction reaction［J］. Nat Commun， 2020， 11（1）： 1088.
35	CHEN C， LI Y， YU S， et al. Cu-Ag tandem catalysts for high-rate CO₂ electrolysis toward multicarbons［J］. Joule， 2020， 4（8）： 1688-1699.
36	KWAK J H， KOVARIK L， SZANYI J. CO₂ reduction on supported Ru/Al₂O₃ catalysts： cluster size dependence of product selectivity［J］. ACS Catal， 2013， 3（11）： 2449-2455.
37	DUTTA A， RAHAMAN M， LUEDI N C， et al. Morphology matters： tuning the product distribution of CO₂ electroreduction on oxide-derived Cu foam catalysts［J］. ACS Catal， 2016， 6（6）： 3804-3814.
38	KWAK J H， KOVARIK L， SZANYI J. Heterogeneous catalysis on atomically dispersed supported metals： CO₂ reduction on multifunctional Pd catalysts［J］. ACS Catal， 2013， 3（9）： 2094-2100.
39	WU H C， CHANG Y C， WU J H， et al. Methanation of CO₂ and reverse water gas shift reactions on Ni/SiO₂ catalysts： the influence of particle size on selectivity and reaction pathway［J］. Catal Sci Technol， 2015， 5（8）： 4154-4163.
40	LIU M H， CHEN H A， CHEN C S， et al. Tiny Ni particles dispersed in platelet SBA-15 materials induce high efficiency for CO₂ methanation［J］. Nanoscale， 2019， 11（43）： 20741-20753.
41	YE J Y， LIU C J， MEI D H， et al. Active oxygen vacancy site for methanol synthesis from CO₂ hydrogenation on In₂O₃（110）： A DFT study［J］. ACS Catal， 2013， 3（6）： 1296-1306.
42	QIU R， DING Z L， XU Y M， et al. CuPd bimetallic catalyst with high Cu/Pd ratio and its application in CO₂ hydrogenation［J］. Appl Surf Sci， 2021， 544（2）： 148974.
43	RIVERA-CARCAMO C， SCARFIELLO C， GARCIA A B， et al. Stabilization of metal single atoms on carbon and TiO₂ supports for CO₂ hydrogenation： the importance of regulating charge transfer［J］. Adv Mater Interfaces， 2021， 8（8）： 2001777.
44	ZHU J D， SU Y Q， CHAI J C， et al. Mechanism and nature of active sites for methanol synthesis from CO/CO₂ on Cu/CeO₂［J］. ACS Catal， 2020， 10（19）： 11532-11544.
45	SARFRAZ S， GARCIA-ESPARZA A T， JEDIDI A， et al. Cu-Sn bimetallic catalyst for selective aqueous electroreduction of CO₂ to CO［J］. ACS Catal， 2016， 6（5）： 2842-2851.
46	GAO P， DANG S S， LI S G， et al. Direct production of lower olefins from CO₂ conversion via bifunctional catalysis［J］. ACS Catal， 2018， 8（1）： 571-578.
47	ZHU Y F， ZHENG J， YE J Y， et al. Copper-zirconia interfaces in UiO-66 enable selective catalytic hydrogenation of CO₂ to methanol［J］. Nat Commun， 2020， 11（1）： 5849.
48	YANG G， KUWAHARA Y， MORI K， et al. PdAg alloy nanoparticles encapsulated in N-doped microporous hollow carbon spheres for hydrogenation of CO₂ to formate［J］. Appl Catal B， 2021， 283： 119628.
49	GUO Y， MEI S， YUAN K， et al. Low-temperature CO₂ methanation over CeO₂-supported Ru single atoms， nanoclusters， and nanoparticles competitively tuned by strong metal-support interactions and H-spillover effect［J］. ACS Catal， 2018， 8（7）： 6203-6215.
50	CHAIPRADITGUL N， NUMPILAI T， KUI CHENG C， et al. Tuning interaction of surface-adsorbed species over Fe/K-Al₂O₃ modified with transition metals （Cu， Mn， V， Zn or Co） on light olefins production from CO₂ hydrogenation［J］. Fuel， 2021， 283： 119248.
51	WANG L， WANG L， ZHANG J， et al. Selective hydrogenation of CO₂ to ethanol over cobalt catalysts［J］. Angew Chem Int Ed， 2018， 57（21）： 6104-6108.
52	WEI J， YAO R， GE Q， et al. Precisely regulating Brønsted acid sites to promote the synthesis of light aromatics via CO₂ hydrogenation［J］. Appl Catal B， 2021， 283： 119648.
53	NI Y， CHEN Z， FU Y， et al. Selective conversion of CO₂ and H₂ into aromatics［J］. Nat Commun， 2018， 9： 3457.
54	CHANG S， MAO W S， NA W， et al. Study on the performance of NiO/ZnxZr_1- x catalysts for CO₂ hydrogenation［J］. Rsc Adv， 2020， 10（70）： 42790-42798.
55	ZHANG Z Y， XIAO Q B， GU J. Effective synthesis of zeolite-encapsulated Ni nanoparticles with excellent catalytic performance for hydrogenation of CO₂ to CH₄［J］. Dalton Trans， 2020， 49（42）： 14771-14775.
56	CHOI E J， LEE Y H， LEE D W， et al. Hydrogenation of CO₂ to methanol over Pd-Cu/CeO₂ catalysts［J］. Mol Catal， 2017， 434： 146-153.
57	LIAO F L， WU X P， ZHENG J W， et al. A promising low pressure methanol synthesis route from CO₂ hydrogenation over Pd@Zn core-shell catalysts［J］. Green Chem， 2017， 19（1）： 270-280.
58	MARTIN O， MARTIN A J， MONDELLI C， et al. Indium oxide as a superior catalyst for methanol synthesis by CO₂ hydrogenation［J］. Angew Chem Int Ed， 2016， 55（21）： 6261-6265.
59	ZHANG J， SU X， WANG X， et al. Promotion effects of Ce added Fe-Zr-K on CO₂ hydrogenation to light olefins［J］. React Kinet Mech Catal， 2018， 124（2）： 575-585.
60	NUMPILAI T， CHANLEK N， POO-ARPORN Y， et al. Tuning interactions of surface-adsorbed species over Fe-Co/K-Al₂O₃ catalyst by different K contents： selective CO₂ hydrogenation to light olefins［J］. ChemCatChem， 2020， 12（12）： 3306-3320.
61	WANG X， ZHANG J， CHEN J， et al. Effect of preparation methods on the structure and catalytic performance of Fe-Zn/K catalysts for CO₂ hydrogenation to light olefins［J］. Chin J Chem Eng， 2018， 26（4）： 761-767.
62	LI Z L， WANG J J， QU Y Z， et al. Highly selective conversion of carbon dioxide to lower olefins［J］. ACS Catal， 2017， 7（12）： 8544-8548.
63	LIU X L， WANG M H， YIN H R， et al. Tandem catalysis for hydrogenation of CO and CO₂ to lower olefins with bifunctional catalysts composed of spinel oxide and SAPO-34［J］. ACS Catal， 2020， 10（15）： 8303-8314.
64	LIU X L， WANG M H， ZHOU C， et al. Selective transformation of carbon dioxide into lower olefins with a bifunctional catalyst composed of ZnGa₂O₄ and SAPO-34［J］. Chem Commun， 2018， 54（2）： 140-143.
65	VOGT C， MONAI M， KRAMER G J， et al. The renaissance of the Sabatier reaction and its applications on earth and in space［J］. Nat Catal， 2019， 2（3）： 188-197.
66	CHANG F W， KUO M S， TSAY M T， et al. Hydrogenation of CO₂ over nickel catalysts on rice husk ash-alumina prepared by incipient wetness impregnation［J］. Appl Catal A-Gen， 2003， 247（2）： 309-320.
67	UNWISET P， CHANAPATTHARAPOL K C， KIDKHUNTHOD P， et al. Catalytic activities of titania-supported nickel for carbon-dioxide methanation［J］. Chem Eng Sci， 2020， 228： 115955.
68	ZHANG L， PAN J， LONG Y， et al. CeO₂-encapsulated hollow Ag-Au nanocage hybrid nanostructures as high-performance catalysts for cascade reactions［J］. Small， 2019， 15（43）： 1903182.
69	LI L， LIU Y， WANG Q， et al. CeO₂ supported low-loading Au as an enhanced catalyst for low temperature oxidation of carbon monoxide［J］. Crystengcomm， 2019， 21（46）： 7108-7113.
70	DUYAR M S， TREVIÑO M A A， FARRAUTO R J. Dual function materials for CO₂ capture and conversion using renewable H₂［J］. Appl Catal B， 2015， 168/169： 370-376.
71	PROAÑO L， TELLO E， ARELLANO-TREVINO M A， et al. In-situ DRIFTS study of two-step CO₂ capture and catalytic methanation over Ru， “Na₂O”/Al₂O₃ dual functional material［J］. Appl Surf Sci， 2019， 479： 25-30.
72	PORTA A， VISCONTI C G， CASTOLDI L， et al. Ru-Ba synergistic effect in dual functioning materials for cyclic CO₂ capture and methanation［J］. Appl Catal B， 2021， 283： 119654.
73	ZHAO M， FENG J， YANG W， et al. Recent advances in graphitic carbon nitride supported single-atom catalysts for energy conversion［J］. ChemCatChem， 2021， 13（5）： 1250-1270.
74	ZHOU X， LI K， LIN Y， et al. A single-atom manipulation approach for synthesis of atomically mixed nanoalloys as efficient catalysts［J］. Angew Chem Int Ed， 2020， 59（32）： 13568-13574.
75	BANSODE A， TIDONA B， VON ROHR P R， et al. Impact of K and Ba promoters on CO₂ hydrogenation over Cu/Al₂O₃ catalysts at high pressure［J］. Catal Sci Technol， 2013， 3（3）： 767-778.
76	BAN H， LI C， ASAMI K， et al. Influence of rare-earth elements （La， Ce， Nd and Pr） on the performance of Cu/Zn/Zr catalyst for CH₃OH synthesis from CO₂［J］. Catal Commun， 2014， 54： 50-54.
77	NOMURA N， TAGAWA T， GOTO S. Effect of acid-base properties on copper catalysts for hydrogenation of carbon dioxide［J］. React Kinet Catal Lett， 1998， 63（1）： 21-25.
78	PHONGAMWONG T， CHANTAPRASERTPORN U， WITOON T， et al. CO₂ hydrogenation to methanol over CuO-ZnO-ZrO₂-SiO₂ catalysts： effects of SiO₂ contents［J］. Chem Eng J， 2017， 316： 692-703.
79	HU J， LI Y， ZHEN Y， et al. In situ FTIR and ex situ XPS/HS-LEIS study of supported Cu/Al₂O₃ and Cu/ZnO catalysts for CO₂ hydrogenation［J］. Chinese J Catal， 2021， 42（3）： 367-375.
80	FREI M S， MONDELLI C， CESARINI A， et al. Role of zirconia in indium oxide-catalyzed CO₂ hydrogenation to methanol［J］. ACS Catal， 2020， 10（2）： 1133-1145.
81	CHEN T Y， CAO C X， CHEN T B， et al. Unraveling highly tunable selectivity in CO₂ hydrogenation over bimetallic In-Zr oxide catalysts［J］. ACS Catal， 2019， 9（9）： 8785-8797.
82	GAO P， LI S G， BU X N， et al. Direct conversion of CO₂ into liquid fuels with high selectivity over a bifunctional catalyst［J］. Nat Chem， 2017， 9（10）： 1019-1024.
83	KATTEL S， YAN B H， CHEN J G G， et al. CO₂ hydrogenation on Pt， Pt/SiO₂ and Pt/TiO₂： importance of synergy between Pt and oxide support［J］. J Catal， 2016， 343： 115-126.
84	BAI S X， SHAO Q， FENG Y G， et al. Highly efficient carbon dioxide hydrogenation to methanol catalyzed by zigzag platinum-cobalt nanowires［J］. Small， 2017， 13（22）： 1604311.
85	LI X L， ZENG Z Y， HU B， et al. Surface-atom dependence of ZnO-supported Ag@Pd core@shell nanocatalysts in CO₂ hydrogenation to CH₃OH［J］. ChemCatChem， 2017， 9（6）： 924-928.
86	SEN R， KOCH C J， GOEPPERT A， et al. Tertiary amine-ethylene glycol based tandem CO₂ capture and hydrogenation to methanol： direct utilization of post-combustion CO₂［J］. ChemSusChem， 2020， 13（23）： 6318-6322.
87	VISCONTI C G， MARTINELLI M， FALBO L， et al. CO₂ hydrogenation to lower olefins on a high surface area K-promoted bulk Fe-catalyst［J］. Appl Catal B， 2017， 200： 530-542.
88	GRABOW L C， MAVRIKAKIS M. Mechanism of methanol synthesis on Cu through CO₂ and CO hydrogenation［J］. ACS Catal， 2011， 1（4）： 365-384.
89	PRIETO G. Carbon dioxide hydrogenation into higher hydrocarbons and oxygenates： thermodynamic and kinetic bounds and progress with heterogeneous and homogeneous catalysis［J］. ChemSusChem， 2017， 10（6）： 1056-1070.
90	YANG C， ZHAO H B， HOU Y L， et al. Fe₅C₂ nanoparticles： a facile bromide-induced synthesis and as an active phase for Fischer-Tropsch synthesis［J］. J Am Chem Soc， 2012， 134（38）： 15814-15821.
91	WANG S W， WU T J， LIN J， et al. Iron-potassium on single-walled carbon nanotubes as efficient catalyst for CO₂ hydrogenation to heavy olefins［J］. ACS Catal， 2020， 10（11）： 6389-6401.
92	NUMPILAI T， WITOON T， CHANLEK N， et al. Structure activity relationships of Fe-Co/K-Al₂O₃ catalysts calcined at different temperatures for CO₂ hydrogenation to light olefins［J］. Appl Catal A： Gen， 2017， 547： 219-229.
93	WEI J， GE Q， YAO R， et al. Directly converting CO₂ into a gasoline fuel［J］. Nat Commun， 2017， 8： 15174..
94	MEIRI N， DINBURG Y， AMOYAL M， et al. Novel process and catalytic materials for converting CO₂ and H₂ containing mixtures to liquid fuels and chemicals［J］. Faraday Discuss， 2015， 183： 197-215.
95	AL-DOSSARY M， ISMAIL A A， FIERRO J L G， et al. Effect of Mn loading onto MnFeO nanocomposites for the CO₂ hydrogenation reaction［J］. Appl Catal B， 2015， 165： 651-660.
96	DORNER R W， HARDY D R， WILLIAMS F W， et al. K and Mn doped iron-based CO₂ hydrogenation catalysts： detection of KAlH₄ as part of the catalyst's active phase［J］. Appl Catal A： Gen， 2010， 373（1/2）： 112-121.
97	YANG Y， XIANG H W， ZHANG R L， et al. K and Mn doped iron-based CO₂ hydrogenation catalysts： detection of KAlH₄ as part of the catalyst's active phase［J］. Appl Catal A： Gen， 2010， 373（1/2）： 112-121.
98	GONG W B， YE R P， DING J， et al. Effect of copper on highly effective Fe-Mn based catalysts during production of light olefins via Fischer-Tropsch process with low CO₂ emission［J］. Appl Catal B， 2020， 278： 119302.
99	GUPTA S， JAIN V K， JAGADEESAN D. Fine tuning the composition and nanostructure of Fe-based core-shell nanocatalyst for efficient CO₂ hydrogenation［J］. ChemNanoMat， 2016， 2（10）： 989-996.
100	VAN DER LAAN G P， BEENACKERS A. Kinetics and selectivity of the Fischer-Tropsch synthesis： a literature review［J］. Catal Rev Sci Eng， 1999， 41（3/4）： 255-318.
101	JIAO F， LI J J， PAN X L， et al. Selective conversion of syngas to light olefins［J］. Science， 2016， 351（6277）： 1065-1068.
102	CHENG K， GU B， LIU X L， et al. Direct and highly selective conversion of synthesis gas into lower olefins： design of a bifunctional catalyst combining methanol synthesis and carbon-carbon coupling［J］. Angew Chem Int Ed， 2016， 55（15）： 4725-4728.

	催化剂 Catalyst	n（H₂）∶n（CO₂）	温度 Temperature/℃	压力 Pressure/MPa	GHSV/ （mL·g^-1·h^-1）	CO₂转化率 Conversion/%	选择性 Selectivity/%	文献 Ref.
甲烷 Methane	20%Ni?TiO₂	4∶1	350	--	48 000	52	98	［17］
	Ni?5Mg/SBA?15?AE	4∶1	350	--	30 000	73	98	［18］
	Ni/Pr?Ce	4∶1	350	--	25 000	54.5	100	［19］
	NiO/Zn_0.3Zr_0.7	4∶1	500	--	24 000	79	94	［54］
	8%Ni@NaX	4∶1	380	0.1	15 000	92.70	≈99.9	［55］
	Ru_SA/TiO₂^*	4∶1	340	0.1	16 500	15.6	97.3	［43］
	0.89%Ru_SA/CeO₂	4∶1	260	0.1	4 800	28	100	［43］
甲醇 Methanol	ZrO₂/Cu?0.1	3∶1	220	3	48 000	<5	70	［20］
	Cu₁La_0.2/SBA?15	3∶1	240	3	12 000	5.7	81.2	［21］
	Pd?CZ?0.01	3∶1	150	4.5	10 800	30	65	［22］
	10Cu/CeO₂	3∶1	190	3	3 000	1.8	84	［56］
	1Pd?10Cu/CeO₂	3∶1	270	3	3 000	17.8	23.7	［56］
	Pd@Zn	3∶1	250	2	18 000	5	70.5	［57］
	In₂O₃/ZrO₂	4∶1	300	5	16 000	5.2	99.8	［58］
轻烯烃 Light olefin	35Fe?7Zr?1Ce?K	3∶1	320	2	6 000	57.3	55.6	［59］
	Fe?Co/K?Al₂O₃ （Fe/K=2.5）	3∶1	320	2	9 000	41.4	45	［60］
	C?Fe?Zn/K	3∶1	320	2	3 000	54.8	57.4	［61］
	Na?Fe₃O₄/HZSM?5	3∶1	320	1.1	3 600	22	46.6	［24］
	Fe/C+K（0.75）	3∶1	350	3	24 000	38.5	38.8	［25］
	In?Zr/SAPO?34	3∶1	400	3	9 000	30	84	［46］
	ZnZrO/SAPO	3∶1	380	2	3 600	12.6	80	［62］
	ZnGa₂O₄/SAPO?34	3∶1	370	3	5 400	13	86	［63］
	ZnAl₂O₄/SAPO?34	3∶1	370	3	5 400	15	87	［64］

	催化剂 Catalyst	n（H₂）∶n（CO₂）	温度 Temperature/℃	压力 Pressure/MPa	GHSV/ （mL·g^-1·h^-1）	CO₂转化率 Conversion/%	选择性 Selectivity/%	文献 Ref.
甲烷 Methane	20%Ni?TiO₂	4∶1	350	--	48 000	52	98	［17］
	Ni?5Mg/SBA?15?AE	4∶1	350	--	30 000	73	98	［18］
	Ni/Pr?Ce	4∶1	350	--	25 000	54.5	100	［19］
	NiO/Zn_0.3Zr_0.7	4∶1	500	--	24 000	79	94	［54］
	8%Ni@NaX	4∶1	380	0.1	15 000	92.70	≈99.9	［55］
	Ru_SA/TiO₂^*	4∶1	340	0.1	16 500	15.6	97.3	［43］
	0.89%Ru_SA/CeO₂	4∶1	260	0.1	4 800	28	100	［43］
甲醇 Methanol	ZrO₂/Cu?0.1	3∶1	220	3	48 000	<5	70	［20］
	Cu₁La_0.2/SBA?15	3∶1	240	3	12 000	5.7	81.2	［21］
	Pd?CZ?0.01	3∶1	150	4.5	10 800	30	65	［22］
	10Cu/CeO₂	3∶1	190	3	3 000	1.8	84	［56］
	1Pd?10Cu/CeO₂	3∶1	270	3	3 000	17.8	23.7	［56］
	Pd@Zn	3∶1	250	2	18 000	5	70.5	［57］
	In₂O₃/ZrO₂	4∶1	300	5	16 000	5.2	99.8	［58］
轻烯烃 Light olefin	35Fe?7Zr?1Ce?K	3∶1	320	2	6 000	57.3	55.6	［59］
	Fe?Co/K?Al₂O₃ （Fe/K=2.5）	3∶1	320	2	9 000	41.4	45	［60］
	C?Fe?Zn/K	3∶1	320	2	3 000	54.8	57.4	［61］
	Na?Fe₃O₄/HZSM?5	3∶1	320	1.1	3 600	22	46.6	［24］
	Fe/C+K（0.75）	3∶1	350	3	24 000	38.5	38.8	［25］
	In?Zr/SAPO?34	3∶1	400	3	9 000	30	84	［46］
	ZnZrO/SAPO	3∶1	380	2	3 600	12.6	80	［62］
	ZnGa₂O₄/SAPO?34	3∶1	370	3	5 400	13	86	［63］
	ZnAl₂O₄/SAPO?34	3∶1	370	3	5 400	15	87	［64］

催化剂 Catalyst	CO₂转化率 CO₂ conversion/%	CH₄产率 CH₄ yield/%	CH₄选择性 CH₄ selectivity/%
Ni/Ce	39.4	39.4	100
Ni/Sm?Ce	44.9	44.9	100
Ni/Pr?Ce	54.5	54.5	100
Ni/Mg?Ce	43.2	43.2	100

催化剂 Catalyst	CO₂转化率 CO₂ conversion/%	CH₄产率 CH₄ yield/%	CH₄选择性 CH₄ selectivity/%
Ni/Ce	39.4	39.4	100
Ni/Sm?Ce	44.9	44.9	100
Ni/Pr?Ce	54.5	54.5	100
Ni/Mg?Ce	43.2	43.2	100

催化剂 Catalyst	CO₂转化率 CO₂ conversion/%	CO选择性/% CO selectivity/%	CH₄选择性 CH₄ selectivity/%
Ni_SA/CNT_ox-400	5.4	93.7	6.3
Ni_SA?Na/CNT_ox-400	8.1	95.5	4.5
Ru_SA/CNT_ox-400	8.4	56.0	44.0
Ru_SA?Na/CNT_ox-400	20.2	79.5	20.5
Ni_SA/TiO₂^*	11.8	99.6	0.4
Ni/TiO₂	2.8	99.3	0.7
Ru_SA/TiO₂^*	15.6	2.7	97.3
Ru/TiO₂^*	11.5	3.6	96.4

人工固碳技术—热催化还原CO₂催化剂的研究进展

Artificial Carbon Sequestration Technology—Research Progress on the Catalysts for Thermal Catalytic Reduction of CO₂

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 15

参考文献 102

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

催化剂 Catalyst	CO₂转化率 CO₂ conversion/%	C₂－C₄烯烃产率 C₂－C₄ olefin/%	烯烃/烷烃摩尔比 n（olefin）∶n（paraffin）
Fe/K?Al₂O₃	34.0	45.5	6.7∶1
Fe?Cu/K?Al₂O₃	36.0	42.2	5.4∶1
Fe?Zn/K?Al₂O₃	34.2	42.6	5.6∶1
Fe?Co/K?Al₂O₃	40.0	46.1	5.9∶1
Fe?Mn/K?Al₂O₃	29.4	48.7	7.4∶1
Fe?V/K?Al₂O₃	30.6	44.9	6.4∶1

[1]	张丹, 尚润梅, 赵振涛, 李君华, 邢锦娟. V/Ce-Al₂O₃催化甲醇选择性氧化制备二甲氧基甲烷[J]. 应用化学, 2022, 39(9): 1429-1436.
[2]	王克, 汪啸, 宋术岩. 甲烷直接催化氧化制备甲醇近期研究进展[J]. 应用化学, 2022, 39(4): 540-558.
[3]	孙立智, 吕浩, 闵晓文, 刘犇. 介孔钯-硼合金纳米颗粒的制备和甲醇氧化电催化性能[J]. 应用化学, 2022, 39(4): 673-684.
[4]	吴之强, 韩新宁, 刘阳, 王刚, 詹海鹃, 刘万毅. 水相或无溶剂绿色催化合成双吲哚基甲烷研究进展[J]. 应用化学, 2021, 38(8): 881-896.
[5]	田舒阳, 吕荣文. 氧化镁载金钯双金属无溶剂催化氧化苯甲醇制备苯甲醛[J]. 应用化学, 2021, 38(7): 789-799.
[6]	罗策, 颜燕, 李剑, 刘婷, 白焕焕, 卢凡, 冯婧. 甲烷动态反应-电感耦合等离子体质谱标准加入测定高纯钛中痕量铁[J]. 应用化学, 2021, 38(7): 874-880.
[7]	乔宗文, 陈涛. 具有高效长侧链的芘磺酸型磺化聚砜阳离子交换膜的性能[J]. 应用化学, 2021, 38(6): 668-674.
[8]	黄婕颖, 刘建军, 左胜利, 韩文静, 于迎春. Ag₃PO₄量子点/石墨相氮化碳纳米片复合光催化剂的制备及其对苯甲醇选择性氧化活性[J]. 应用化学, 2020, 37(9): 1030-1037.
[9]	苗中硕,门永锋. 快速扫描量热法研究聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯的结晶和熔融行为[J]. 应用化学, 2020, 37(6): 642-649.
[10]	高佳, 宋夫交, 程文强, 葛艳, 许琦. Pd-Cu/ZrO₂催化CO₂加氢制甲醇的性能[J]. 应用化学, 2020, 37(2): 160-167.
[11]	姜涛, 杜连云, 朱爽, 王欢, 战宇, 俞萍, 张哲, 王恩鹏, 陈长宝. 实时直接分析电离质谱法快速检测化妆品中的3种成分[J]. 应用化学, 2020, 37(11): 1333-1339.
[12]	邓光荣, 梁亮, 李晨阳, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 直接甲醇燃料电池甲醇传质过程分析及浓度控制策略[J]. 应用化学, 2019, 36(10): 1211-1220.
[13]	孙墨杰, 吕涛, 徐维林. 微流控合成高活性甲醇氧化碳载铂钌电催化剂[J]. 应用化学, 2018, 35(5): 564-573.
[14]	孙墨杰, 吕涛, 徐维林. 微流控合成高活性甲醇氧化碳载铂钌电催化剂[J]. 应用化学, 2018, 35(5): 0-0.
[15]	杨程, 齐金山, 崔杏雨, 程文萍, 马静红, 李瑞丰. A型沸石/活性炭复合材料的制备及甲烷/氮气吸附分离性能[J]. 应用化学, 2018, 35(4): 462-468.