东京工业大学物质理工学院的研究生杉山博信、元素战略MDX研究中心的细野秀雄名誉教授、北野政明教授、笹瀬雅人特任副教授、宫崎雅义助教组成的研究团队开发出了一种能在低温下促进二氧化碳氢化反应的PdMo金属间化合物催化剂，成功在0.9MPa压力和25℃温度下合成出了甲醇。相关研究成果以速报形式刊登在了《Journal of the American Chemical Society》上。
甲醇被广泛用作精细化学品原料和燃料添加剂，也被视为一种具有潜力的能源载体。特别是近年来，因符合碳中和趋势，将二氧化碳转化为甲醇的催化过程备受瞩目。用于该过程的理想催化剂虽然希望满足合成方法简便、高化学稳定性、促进二氧化碳在低温下的活性以及易于分离生成物等条件，但迄今为止尚未发现满足所有这些要求的理想材料。
研究团队合成的具有六方最密堆积结构（hcp）的金属间化合物hcp-PdMo催化剂，可以通过氧化物前驱体的氨处理进行简便合成，且在大气和反应气氛下表现出优异的耐久性。此外，它显著促进了在100℃以下Pd催化剂不发挥活性的低温甲醇合成。
图1 (a) 不同Pd/Mo比例合成得到的催化剂的XRD谱图。(b) 电子显微镜观察得到的hcp-PdMo的原子成像。(c) 大气暴露前后催化剂的XRD谱图对比。（供图：东京工业大学）
研究团队发现，由钯（Pd）和钼（Mo）组成的金属间化合物能够在温和条件下促进二氧化碳的活性，并表现出优异的低温甲醇合成催化性能。只需在氨气氛下进行氧化物前驱体的焙烧处理，即可合成具有hcp结构的金属间化合物。只有当前驱体中Pd/Mo比小于1.08时可以得到在大气下表现出高相稳定性的hcp-PdMo／Mo2N。
在不具有hcp结构的Pd/Mo2N催化剂中，在常压100℃以下的条件下，并不能促进氢气和二氧化碳合成甲醇，然而具有hcp结构的催化剂却使合成反应得以进行。合成反应随着压力的上升而提高，在0.9MPa压力时，在室温（25℃）的条件下，确认到超过50小时以上的甲醇连续合成现象。通过反应机制分析表明，在催化剂上，二氧化碳首先被分解为一氧化碳，然后通过一氧化碳的氢化作用形成了甲醇。
迄今为止，几乎没有发现能在室温下将二氧化碳转化为甲醇的催化剂，可以说该研究成果对这一领域带来了巨大的影响。今后，如果能明确二氧化碳活化机制等问题，就有望进一步提高甲醇合成的活性，从而加速对低温甲醇合成的研究。
研究团队表示，虽然目前的效率还比较低，尚未达到实际应用水平，但其潜力已经初现。今后将努力采用新的思路来提高效率。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Journal of the American Chemical Society
论文：Room-Temperature CO2 Hydrogenation to Methanol over Air-Stable hcp-PdMo Intermetallic Catalyst
DOI：10.1021/jacs.2c13801
