二氧化碳(CO2)的大量排放导致全球气候变暖，进而诱发警如台风、高温、暴雨、泥石流、干旱等极端恶劣气候现象频发。CO2排放增加主要是人类大量使用化石能源造成的，能源的高消耗就意味着高 CO2排放量。如何降低CO2排放量成为各国学者、专家以及国家领导人共同关注的热点。

对 CO2进行转化利用是降低二氧化碳排放的重要方式。近年来，人们分别在CO2热转化制甲醇、烯烃、油品以及CO2光转化方面进行了大量研究，取得了一系列成果。特别要指出的是，在CO2及合成气热转化研究中观察到了有趣的双功能催化剂颗粒“微纳接触”的催化调控效应;另外，在CO2光转化方面，基于多级孔结构设计合成的微纳催化剂，比常规催化剂具有更高的CO2转化性能。本章将侧重总结介绍以上两类体系在 CO2转化利用方面的最新研究进展。

甲醇是制备甲醛、二甲醚、乙酸、甲基叔丁基醚 (methyl tert-butyl ether，MTBE)、二甲基甲酰胺 (dimethyl formamide，DMF )、氯甲烷、甲胺等一系列重要化工产品的上游原料。2006 年美国科学家 George A.Olah 等在《跨越油气时代：甲醇经济》一书中介绍了“氢经济”及其局限性，进而提出“甲醇经济”的概念，非常前瞻性地提出了利用工业排放及自然界的 CO2合成甲醇及二甲醚(dimethylether，DME)的观点。传统铜基催化剂是研究最为广泛的CO2加氢制甲醇催化剂。该类催化剂主要由 Cu、ZnO 等催化活性组分和 Al203、SiO2,、ZrO2等载体组成。CO2加氢生成甲醇反应是分子数减少的放热反应，因此高压、低温在热力学上是有利的;然而CO2分子极为稳定，所以高温在动力学上有利于二氧化碳的转化。综合可知，高压及适当温度有利于甲醇的高收率。

Cu/ZnO/Al203是传统合成气制甲醇的经典催化剂，因此人们首先对其在CO2加氢制甲醇方面进行了一系列研究。Grabow 和 Mavrikakis 利用密度泛函理论(density functional theory，DFT) 在传统 Cu/ZnO/Al203催化剂的 Cu(111)晶面对22 种吸附物种、8 种气相物种以及 49 个可能基元步骤进行计算，总结得到9个合理的基元反应步骤，得出反应中间物种依次为 HCOO*、HCOOH*、H2COOH*、H2CO*、H3CO*、CH3OH，从动力学方面合理地解释了CO2加氢的反应机理。NØrskov 和 SchlÖgl等利用 DFT 对传统 Cu/ZnO/Al203催化剂进行研究发现，平整Cu(111)晶面基本不具有CO2加氢催化活性，反应活性位点主要依赖于两个因素：一是 Cu的表面出现类似堆积层错或者挛晶界面的体相缺陷;二是存在 Znδ+[主要由于载体金属强相互作用(SMSI)以及铜锌合金的部分氧化所得]，如何尽可能多地得到充足的反应活性位，对催化剂性能的提高至关重要。除Cu/ZnO/Al203催化剂外，Studt 等通过 DFT 算预测 Ni5Ga3金属间化合物具有良好 CO2常压加氢制甲醇催化性能，实验证实该催化剂确实比传统 Cu/ZnO/Al203催化剂具有更高的催化性能:在 200℃、气时空速 6000 h-1、常压条件下，CO2转化率可达 2.3%,甲醇与二甲醚选择性接近 100%(不计 CO 选择性)，远远高于传统 Cu/ZnO/Al203催化剂的甲醇选择性。进一步研究发现，Ni5Ga3催化剂具有Ni与Ga两个活性位点，Ni主要与逆水煤气变换反应 (reverse water gas shift，RWGS)有关，而 Ga 与甲醇合成有关。最近，Wang 等将0.1 g 40~80 目的 ZnO-ZrO2固溶体催化剂颗粒分散稀释到 0.4 g石英砂中，用于催化 CO2加合成甲醇反应，在 5.0 MPa、气时空速 24000 mL/(g*h)、H2:CO2摩尔比(3 :1)~(4:1)和315~320℃的条件下获得了约 10%的 CO2单程转化率和 86%~ 91% 的甲醇选择性，且具有良好的稳定性。

毋庸置疑，随着CO2加氢制甲醇研究的不断发展和成熟，实现工业化也将成为重要趋势，而 CO2制甲醇工艺流程和设备与传统甲醇合成工艺相比差别并不大，投资成本较低，国内外已有工业化实例，极具可行性。但由于受氢源、催化剂等问题的限制，要想实现大规模工业化生产，仍须做更多的工作。

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