眾所周知，二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的重要因素，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為如甲醇等大宗化工產(chǎn)品或液態(tài)燃料，是最有效的減排方式之一。記者從昆明理工大學(xué)和大理大學(xué)獲悉，我國(guó)科學(xué)家最近聯(lián)合國(guó)外團(tuán)隊(duì)，在這一領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，并形成了二氧化碳加氫制甲醇的新機(jī)制。《細(xì)胞》的首個(gè)化學(xué)類姐妹刊《化學(xué)》11月26日發(fā)表了這一最新成果。

此前，盡管國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)二氧化碳加氫產(chǎn)出甲醇的反應(yīng)作了大量研究，但對(duì)這個(gè)過程的催化機(jī)理仍未有全面認(rèn)識(shí)。水是二氧化碳加氫制甲醇最重要的副產(chǎn)物之一，對(duì)二氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性都至關(guān)重要。然而，水在二氧化碳轉(zhuǎn)化機(jī)理方面的作用一直處于推測(cè)階段。

大理大學(xué)校長(zhǎng)、昆明理工大學(xué)省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王華教授，與昆明理工大學(xué)李孔齋教授、哥倫比亞大學(xué)陳經(jīng)廣教授等人合作，采用原位紅外和瞬態(tài)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，研究了在銅-氧化鋅-二氧化鋯催化劑上，二氧化碳加氫制甲醇過程中水的作用機(jī)制。研究表明，水與甲氧基的水解反應(yīng)是甲醇生成的最后一步，而非通常認(rèn)為的甲氧基繼續(xù)加氫反應(yīng);他們還發(fā)現(xiàn)了解離脫附水是與甲氧基反應(yīng)生成甲醇的活性物種，催化劑的三維有序大孔結(jié)構(gòu)，可有效促進(jìn)水在催化劑顆粒間的擴(kuò)散速率，從而獲得高的甲醇選擇性。此外，在反應(yīng)氣中加入少量的水能夠提升甲醇產(chǎn)率。

王華教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事冶金節(jié)能減排方面的研究。他向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，高爐煤氣是鋼鐵工業(yè)中最主要的二氧化碳排放源，而甲醇是一種重要的化學(xué)和能量載體，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，不僅可以減少二氧化碳排放，也有望替代化學(xué)工業(yè)中甲醇合成的傳統(tǒng)工藝。然而，高爐煤氣排放的煙氣中一氧化碳與二氧化碳共存，盡管一氧化碳催化加氫工藝較為成熟，但分離提純能耗較高。基于此，研究團(tuán)隊(duì)提出了“一氧化碳-二氧化碳共氫化”?制甲醇的方法。經(jīng)過近10年的創(chuàng)新，他們構(gòu)建了系列雙活性位高效催化劑，并進(jìn)行了每天10千克甲醇產(chǎn)量的擴(kuò)試試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)1000噸甲醇的高爐煤氣制甲醇生產(chǎn)線。

此項(xiàng)成果可以對(duì)冶金工業(yè)二氧化碳減排與資源化利用有重要意義。此外，他們還提出利用?“太陽燃料”的設(shè)想。這一設(shè)想中，將由燃料產(chǎn)生的二氧化碳與來自可再生能源的氫氣通過加氫反應(yīng)生成甲醇，這或?qū)⒂绊懳磥砟茉串a(chǎn)業(yè)發(fā)展。