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将二氧化碳(CO2)这一自然界中广泛存在的碳资源转化为高附加值产品,不仅可以减少温室气体的排放,而且能够缓解对化石燃料的过度依赖,具有重要的意义。在已开发的CO2转化工艺中,利用可再生能源制得的氢气进行CO2催化加氢制甲醇,不仅能够大规模利用CO2,而且可以得到重要的有机化工原料甲醇。该过程实现了碳的绿色循环利用,是一个重要的研究课题,其技术核心是开发高效稳定的CO2加氢制甲醇催化剂。本论文设计并制备了Cu基、In2O3基CO2加氢催化剂,并且结合不同表征手段研究了催化剂物理化学性质与催化性能之间的关系,探讨了反应机理。主要内容和结果如下:采用水热/溶剂热法,控制溶剂种类和组成,制备了不同晶型的In2O3催化剂,考察In2O3晶型对催化剂物理化学性质和催化性能的影响等。结果表明,立方和六方相混合后,不仅促进了In2O3表面氧空位的形成,同时提高了中等强度CO2吸附量。因此,混合相In2O3催化剂具有更好的催化性能。此外,提出了In2O3催化剂上CO2加氢制甲醇反应的单活性位催化机理。控制还原温度,制备了不同性质的Cu-In金属间化合物催化剂,研究CuO-In2O3的还原行为及其对催化性能的影响等。结果表明,Cu11In9金属间化合物的形成能够调节金属Cu的电子结构,进而提高H2吸附强度;Cu11In9和In2O3之间形成界面,表明Cu11In9与In2O3之间存在紧密的相互作用,显著影响CO2吸附强度。H2吸附容量不是影响CH3OH时空收率的主要因素,而CH3OH时空收率与CO2吸附容量成正相关关系。350 oC还原所得催化剂拥有中等H2吸附能力、优异CO2吸附性能、大量Cu11In9-In2O3界面反应位,因此表现出高催化活性。此外,提出了Cu-In金属间化合物上CO2加氢制甲醇的双活性位界面催化机理。控制金属组分含量,制备了不同性质的Cu-In金属间化合物催化剂,研究金属组成对Cu-In金属间化合物形成以及催化性能的影响等。结果表明,催化剂物相随Cu:In摩尔比的变化而显著变化,但仅出现了Cu11In9和Cu7In3两种金属间化合物。此外,Cu-In金属间化合物与In2O3之间的协同作用显著影响催化活性。当Cu:In比为1:2时,催化剂组分为Cu11In9-In2O3,Cu和In2O3含量适中,拥有最优的Cu-In和In2O3之间的协同作用,因此具有最高金属Cu分散度、活性表面积、In2O3表面氧空位含量和CO2吸附容量,进而表现出最佳的催化性能。在上述研究基础上,设计合成了一种独特核壳结构的Cu-In金属间化合物CuIn@SiO2催化剂,研究Cu和In之间的相互作用以及Cu-In金属与In2O3之间的界面反应位,考察核壳Cu-In金属间化合物催化剂的抗烧结性能等。结果表明,Cu和In结合形成了Cu2In金属间化合物。Cu和In之间强的相互作用促进了Cu-In双金属体系催化剂的还原和氧空位的形成。而且,Cu2In和In2O3之间的界面位在CO2活化和加氢过程中发挥了重要作用。CuIn@SiO2拥有大比表面积、小金属颗粒尺寸和高金属分散度,因此产生了更多的界面反应位,进而获得了最高CH3OH时空收率。此外,核壳结构赋予了金属活性相良好的抗烧结性能。除In2O3和Cu-In金属间化合物外,本论文还研究了两类新型Cu基催化剂。采用一步共沉淀法,制备了三元Cu-Ce-Zr复合氧化物催化剂,探究金属氧化物组成对催化剂物理化学性质和催化性能的影响等。结果表明,Zr4+的引入导致Ce3+形成,从而促进了氧空位的产生。同时,Zr4+含量的增加使得净电荷量增加,进而产生了更多的低配位氧原子,因此增加了强碱位数量。CeO2/ZrO2质量比显著影响催化性能,当CeO2/ZrO2比为1:1时,催化剂展现出最佳的催化活性。此外,Cu-Ce-Zr复合金属氧化物上CO2加氢制甲醇符合双活性位界面催化机理。采用沉积-沉淀法,制备了TiO2纳米管(TNTs)负载CuO-ZnO-CeO2催化剂,考察TNTs含量对催化剂结构、物理化学性质和催化性能的影响等。结果表明,TNTs的加入对CuO-ZnO-CeO2催化剂有显著的促进作用,不仅提高了CuO的还原能力、金属Cu分散度和活性表面积,而且促进了CO2吸附且增加了强碱位的比例。当TNTs添加量为10 wt.%时,催化剂具有最优的还原能力、高的金属Cu活性表面积、优异的CO2吸附性能和最大的强碱位比例,因而具有最高的CH3OH时空收率。