在“双碳" 目标落地的关键阶段，如何把 “温室气体" CO₂变成高价值的甲醇，一直是科研界的热门课题。近日，浙江大学联合内蒙古大青山实验室的研究团队传来好消息 —— 他们开发的 Cu-ZnO/Nb₂C@Nb₂O₅催化剂，在 CO₂加氢制甲醇反应中表现惊艳，不仅甲醇产率高达 247mg/(gcat・h)，选择性更是达到 74.3%，连续运行 60h 性能几乎无衰减！这一成果为碳资源循环利用提供了全新解决方案，相关研究思路值得重点关注。

提到 CO₂加氢制甲醇，大家首先会想到传统的 Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂。虽然这类催化剂早已初步应用，但一直存在两个致命问题：一是高温下 Cu 颗粒容易团聚、ZnO 易烧结，导致使用寿命短；二是甲醇选择性始终上不去，难以满足工业高要求。

团队研究员：“传统催化剂里的 Al₂O₃作为助剂，对 Cu 和 ZnO 的锚定能力有限，而且金属 - 载体相互作用（SMSI）容易过度包裹活性位点，反而影响催化效率。" 为了突破这一局限，团队把目光投向了近年来大火的新型材料 ——MXene。

MXene 是一类二维过渡金属碳化物 / 氮化物，通式为 Mₙ₊₁XₙTₓ，其中的 “M 位点"（不饱和过渡金属位点）兼具碳材料的高扩散性和金属氧化物的可还原性，既能调控负载金属的结构，又能增强对小分子气体的吸附。这次团队选用的 Nb₂C MXene，就是凭借其独特的层间结构和不饱和 Nb 位点，成为了催化剂的 “核心骨架"。

研究的关键突破，在于团队巧妙利用了 Nb₂C 与 Cu 之间的 “电子金属 - 载体相互作用（EMSI）"。通过 X 射线光电子能谱（XPS）和密度泛函理论（DFT）计算证实：Nb₂C 中的不饱和 Nb 位点会向 Cu 物种转移电子，让 Cu 表面变成 “富电子状态"—— 而这恰恰是 CO₂活化的 “关键密码"！

“富电子的 Cu 表面能更轻松地‘抓住’CO₂分子，同时 Nb 位点还能促进 H₂的吸附和解离。"通过氢气程序升温还原（H₂-TPR）和程序升温脱附（TPD）实验发现，Nb₂C@Nb₂O₅（Nb₂C 部分氧化形成）不仅保留了对 H₂、CO₂的强吸附能力，还能通过对 CO * 的强吸附，有效抑制 CO 脱附，引导反应朝着生成甲醇的方向进行。

更值得一提的是，团队通过调控 Cu:Zn:Nb₂C 的比例，找到了最佳配比 ——4:2:10。此时催化剂形成了稳定的 Cu-Zn-Nb 界面结构，既保证了 Cu 纳米颗粒的分散性，又强化了 EMSI 作用，实现了 “活性" 与 “选择性" 的平衡。

为了搞清楚 CO₂到底是如何一步步变成甲醇的，团队借助能谱科技 iCAN 5000 型研究级傅立叶变换红外光谱仪，开展了高压原位 DRIFTS 实验。在 3MPa、120-240℃的真实反应条件下，成功捕捉到了关键中间体的 “动态轨迹"：

•120℃时，检测到 HOCO*（1652cm⁻¹、1540cm⁻¹）和 CO*（2077cm⁻¹、2057cm⁻¹）信号，说明 CO₂先转化为 HOCO*，再解离为 CO*；

•200℃时，H₃CO*（981cm⁻¹、1051cm⁻¹）信号增强，证明 CO * 开始向甲醇前体转化；

•240℃时，H₃CO信号，同时未检测到 HCOO（甲酸盐）特征峰，直接证实反应遵循“RWGS（逆水煤气变换）+CO 加氢" 路径，而非传统的甲酸盐路径。

“这一发现了以往对部分 Cu 基催化剂反应路径的认知，为后续催化剂设计提供了明确方向。"

性能碾压同类催化剂，工业应用指日可待

在240℃、3MPa 的反应条件下，这款 Cu-ZnO/Nb₂C@Nb₂O₅催化剂的表现堪称 “"：

•甲醇产率 247mg/(gcat・h)，远超多数已报道的 Cu 基催化剂；

•甲醇选择性 74.3%，有效抑制副产物 CO 生成；

•连续运行 60h，CO₂转化率、甲醇选择性和产率几乎无波动，结构稳定性拉满。

对比传统 Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂，这款新催化剂不仅解决了 “寿命短、选择性低" 的痛点，还借助 MXene 材料的可调控性，为后续性能优化留下了巨大空间。“下一步我们计划进一步强化 Nb 位点与 Cu 的电子相互作用，探索更高压力、更高温度下的反应性能，推动其向工业化应用迈进。"

（本文参考自浙江大学团队相关研究成果，原文核心数据及机理分析已通过严谨实验验证，如需深入了解可查阅原文或联系团队获取支持信息。）

该研究提及的傅里叶变换红外光谱仪是采用天津能谱科技出品的iCAN5000研究级傅立叶变换红外光谱：

• 干涉仪：具有三维激光控制全自动调整和高速扫描动态准直控制功能磁浮式干涉仪技术保证长期检测的高稳定性和准确性，无光谱偏离和失真。良好的可靠性、稳定性和抗干扰性能；

• 光学系统：全部使用金反射镜，采用干燥密闭全合金光学台箱体，光路引出和引人口配备防雾化镀层的红外透射密封窗片，具有高稳固性和干燥防潮性能。光学台与样品仓采用独立分体设计， 超大样品仓可以扩展各种红外分析检测应用。

• 检测器：可选高灵敏度DLATGS、电子制冷MCT、液氮制冷MCT等。

• 固态激光器：性能稳定，使用寿命达10年以上

• 光源：进口高性能，长寿命光源，光源具有自动休眠功能。