目前，對于傳統(tǒng)熱催化還原CO2的研究主要集中于高活性、高選擇性、高穩(wěn)定性催化材料的開發(fā)及催化機理的研究，產(chǎn)物主要以一氧化碳（CO）、甲醇（CH3OH）低碳烯烴和烴類燃料為主。通過逆水煤氣（RWGS）反應(yīng)產(chǎn)CO具有很高的靈活性，因為產(chǎn)物CO又可以重新作為反應(yīng)物用于甲醇及烴類的生產(chǎn)。但是，RWGS反應(yīng)是典型的吸熱反應(yīng)，需要在較高溫度條件下進行，因此，RWGS反應(yīng)的研究主要集中在如何克服反應(yīng)動力學(xué)障礙以獲得更高的CO產(chǎn)率方面；CO2轉(zhuǎn)化為甲醇是最直接的CO2利用路線，因為甲醇可以直接作為燃料添加劑、燃料替代品以及許多通用化學(xué)品的前驅(qū)體。雖然CO2通過加氫的方式合成甲醇的反應(yīng)是放熱過程，但在低溫條件下反應(yīng)又會受到動力學(xué)因素的限制。

CO2轉(zhuǎn)化為不同產(chǎn)品的兩種主要路徑

1、逆水煤氣反應(yīng)產(chǎn)一氧化碳
典型的RWGS反應(yīng)催化劑通常將活性組分高度分散在金屬氧化物載體表面，通過增大金屬–載體界面來提高催化劑活性。研究表明，RWGS反應(yīng)產(chǎn)CO可能存在兩種不同的反應(yīng)路徑，一是氧化還原機理（以活性金屬Cu為例），在催化劑表面CO2將CuO氧化為Cu+的同時產(chǎn)生CO，然后H2再將Cu+還原為CuO并生成H2O；另外一種更為廣泛認可的是甲酸鹽分解機理，CO2首先通過加氫生成甲酸鹽，然后C=O雙鍵斷裂生成CO。因此，高效的RWGS反應(yīng)催化劑應(yīng)該同時具有良好的加氫活性與斷裂C=O雙鍵活性。其中金屬顆粒負載的金屬氧化物催化劑由于金屬較好的H2解離能力及其與載體之間的氫溢流效應(yīng)而得到廣泛應(yīng)用。基于以上提出的反應(yīng)機理，常用的催化劑體系有Cu基催化劑、貴金屬催化劑及以CeO2為載體的催化劑。

2、CO2加氫產(chǎn)甲醇
通過RWGS反應(yīng)實現(xiàn)CO2加氫到甲醇（CAMERE）可以達到每年約75Mt的產(chǎn)量。整個過程首先需要在ZnAl2O4上進行RWGS反應(yīng)，除去水氣后在Cu/ZnO/ZrO2/Ga2O3上進行甲醇合成的反應(yīng)，該過程雖然可以得到一定量的甲醇，但需要兩種催化劑及反應(yīng)器，具有較高的成本。因此，目前研究主要集中在Cu基催化劑上的CO2直接加氫到甲醇方面。結(jié)果表明，Cu基催化劑的催化活性具有明顯的結(jié)構(gòu)敏感性，不同的元素組成、晶面暴露、界面結(jié)構(gòu)主要影響到CO2的吸附及活化過程，進而影響甲醇選擇性及產(chǎn)率。在機理研究的基礎(chǔ)上，許多研究還通過添加助劑或采用其他催化體系的方式增強催化劑對CO2的吸附活化性能及產(chǎn)物甲醇的選擇性。

3、費托反應(yīng)產(chǎn)烴類 
另外一種CO2催化還原的路徑是通過CO2加氫的費托反應(yīng)（CO2-FT）產(chǎn)烷烴或烯烴。目前，在每年產(chǎn)生200Mt烯烴的同時還會排放出1.2–1.8噸的CO2，通過CO2-FT路徑可以在制備烯烴的同時減少CO2的排放。但高活性CO2-FT反應(yīng)催化劑的設(shè)計十分困難，理想的催化劑必須同時具備高RWGS反應(yīng)活性及高FT反應(yīng)活性，而且只有當(dāng)FT反應(yīng)過程可以足夠快的轉(zhuǎn)化RWGS反應(yīng)生成的CO時，才能打破RWGS反應(yīng)的熱力學(xué)限制從而實現(xiàn)更高的CO2轉(zhuǎn)化率。傳統(tǒng)通過合成氣的FT反應(yīng)（CO-FT）常用的催化劑以Fe基催化劑（高溫時）和Co基催化劑（低溫時）為主，對比它們催化CO-FT和CO2-FT的活性可知，CO的轉(zhuǎn)化率（最高至87%）要顯著高于CO2的轉(zhuǎn)化率（最高45%），這說明當(dāng)反應(yīng)的碳源從CO變?yōu)镃O2后，需要在傳統(tǒng)FT反應(yīng)催化劑基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)新的催化劑以提高反應(yīng)活性。目前關(guān)于CO2-FT反應(yīng)催化劑的研究以Fe基催化劑為主，與Co基催化劑相比，F(xiàn)e基催化劑具有更高的CO2轉(zhuǎn)化率及高碳烯烴選擇性，F(xiàn)e基催化劑性能的提升主要是由于提高了RWGS反應(yīng)的活性而引起的，但關(guān)于反應(yīng)過程中Fe基催化劑的活性中心是氧化鐵還是氧化亞鐵仍然存在較大分歧。除產(chǎn)高碳烯烴外，CO2直接甲烷化在一些特定地區(qū)也具有十分重要的研究價值。CO2甲烷化反應(yīng)的研究以Ni基催化劑為主，另外部分貴金屬（如Ru、Rh）則表現(xiàn)出更高的低溫催化活性。
CO2催化還原最重要的是選擇性的問題，想要提高特定產(chǎn)物的選擇性需要綜合考慮反應(yīng)的動力學(xué)、熱力學(xué)及中間產(chǎn)物。針對不同的CO2還原路徑，高活性、選擇性及穩(wěn)定性催化劑的設(shè)計仍然存在著許多問題，具體如下：（1）催化劑表面反應(yīng)關(guān)鍵中間體的穩(wěn)定；（2）原位手段對反應(yīng)過程的表征及機理的研究；（3）低成本催化劑的開發(fā)；（4）催化劑抗水、抗中毒性能的提升；（5）開發(fā)無CO2排放的新型H2源等。其中，通過原位手段對反應(yīng)過程的表征及機理的研究是解決問題的關(guān)鍵。

安徽元琛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆ㄒ韵潞喎Q“元琛科技” ）是一家集除塵布袋、脫硝催化劑研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè)。十六年來，始終專注環(huán)保領(lǐng)域的元琛科技，目前擁有國際PCT4項，授權(quán)發(fā)明專利33項，在受理發(fā)明專利77項，其中“除塵脫硝一體化技術(shù)產(chǎn)品”等多個產(chǎn)品被授予安徽省科學(xué)進步獎。產(chǎn)品除塵布袋（主要為PPS、PTFE、P84及復(fù)合系列過濾材料）和SCR脫硝催化劑已在水泥、鋼鐵、玻璃爐窯、垃圾焚燒發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、有色金屬冶煉等多行業(yè)廣泛應(yīng)用！

未來，元琛科技將以“成為全球生態(tài)環(huán)境守護者”為指引，始終扎根環(huán)保，堅持守護藍天白云的偉大事業(yè)。借力國家生態(tài)文明建設(shè)大格局，不斷深化技術(shù)、優(yōu)化管理、強化品牌、細化產(chǎn)業(yè)、固化優(yōu)勢，通過綜合統(tǒng)籌治理與服務(wù)，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造協(xié)同價值。