為了搞清楚 CO?到底是如何一步步變成甲醇的,團隊借助能譜科技 iCAN 5000 型研究級傅立葉變換紅外光譜儀,開展了高壓原位 DRIFTS 實驗。在 3MPa、120-240℃的真實反應條件下,成功捕捉到了關鍵中間體的 “動態軌跡":
•120℃時,檢測到 HOCO*(1652cm?1、1540cm?1)和 CO*(2077cm?1、2057cm?1)信號,說明 CO?先轉化為 HOCO*,再解離為 CO*;
•200℃時,H?CO*(981cm?1、1051cm?1)信號增強,證明 CO * 開始向甲醇前體轉化;
•240℃時,H?CO信號,同時未檢測到 HCOO(甲酸鹽)特征峰,直接證實反應遵循“RWGS(逆水煤氣變換)+CO 加氫" 路徑,而非傳統的甲酸鹽路徑。
“這一發現了以往對部分 Cu 基催化劑反應路徑的認知,為后續催化劑設計提供了明確方向。"

性能碾壓同類催化劑,工業應用指日可待

在240℃、3MPa 的反應條件下,這款 Cu-ZnO/Nb?C@Nb?O?催化劑的表現堪稱 “":
•甲醇產率 247mg/(gcat?h),遠超多數已報道的 Cu 基催化劑;
•甲醇選擇性 74.3%,有效抑制副產物 CO 生成;
•連續運行 60h,CO?轉化率、甲醇選擇性和產率幾乎無波動,結構穩定性拉滿。
對比傳統 Cu/ZnO/Al?O?催化劑,這款新催化劑不僅解決了 “壽命短、選擇性低" 的痛點,還借助 MXene 材料的可調控性,為后續性能優化留下了巨大空間。“下一步我們計劃進一步強化 Nb 位點與 Cu 的電子相互作用,探索更高壓力、更高溫度下的反應性能,推動其向工業化應用邁進。"
(本文參考自浙江大學團隊相關研究成果,原文核心數據及機理分析已通過嚴謹實驗驗證,如需深入了解可查閱原文或聯系團隊獲取支持信息。)