東京工業大學物質理工學院的研究生杉山博信、元素戰略MDX研究中心的細野秀雄名譽教授、北野政明教授、笹瀬雅人特任副教授、宮崎雅義助教組成的研究團隊開發出了一種能在低溫下促進二氧化碳氫化反應的PdMo金屬間化合物觸媒，成功在0.9MPa壓力和25℃溫度下合成出了甲醇。相關研究成果以速報形式刊登在了《Journal of the American Chemical Society》上。
甲醇被廣泛用作精緻化學品原料和燃料添加劑，也被視爲一種具有潛力的能源載體。特別是近年來，因符合碳中和趨勢，將二氧化碳轉化爲甲醇的催化程序備受矚目。用於該程序的理想觸媒雖然希望滿足合成方法簡便、高化學穩定性、促進二氧化碳在低溫下的活性以及易於分離生成物等條件，但迄今爲止尚未發現滿足所有這些要求的理想材料。
研究團隊合成的具有六方最緊密堆積結構（hcp）的金屬間化合物hcp-PdMo觸媒，可以通過氧化物前驅體的氨處理進行簡便合成，且在大氣和反應氣氛下表現出優異的耐久性。此外，它顯著促進了在100℃以下Pd觸媒不發揮活性的低溫甲醇合成。
圖1 (a) 不同Pd/Mo比例合成得到的觸媒的XRD譜圖。(b) 電子顯微鏡觀察得到的hcp-PdMo的原子成像。(c) 大氣暴露前後觸媒的XRD譜圖對比。（供圖：東京工業大學）
研究團隊發現，由鈀（Pd）和鉬（Mo）組成的金屬間化合物能夠在溫和條件下促進二氧化碳的活性，並表現出優異的低溫甲醇合成催化性能。只需在氨氣氛下進行氧化物前驅體的焙燒處理，即可合成具有hcp結構的金屬間化合物。只有當前驅體中Pd/Mo比小於1.08時可以得到在大氣下表現出高相穩定性的hcp-PdMo／Mo2N。
在不具有hcp結構的Pd/Mo2N觸媒中，在常壓100℃以下的條件下，並不能促進氫氣和二氧化碳合成甲醇，然而具有hcp結構的觸媒卻使合成反應得以進行。合成反應隨着壓力的擧升而提高，在0.9MPa壓力時，在室溫（25℃）的條件下，應答到超過50小時以上的甲醇連續合成現象。透過反應機制分析表明，在觸媒上，二氧化碳首先被分解爲一氧化碳，然後透過一氧化碳的氫化作用形成了甲醇。
迄今爲止，幾乎沒有發現能在室溫下將二氧化碳轉化爲甲醇的觸媒，可以說該研究成果對這一領域帶來了巨大的影響。今後，如果能明確二氧化碳活化機制等問題，就有望進一步提高甲醇合成的活性，從而加速對低溫甲醇合成的研究。
研究團隊表示，雖然目前的效率還比較低，尚未達到實際應用水平，但其潛力已經初現。今後將努力採用新的思路來提高效率。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Journal of the American Chemical Society
論文：Room-Temperature CO2 Hydrogenation to Methanol over Air-Stable hcp-PdMo Intermetallic Catalyst
DOI：10.1021/jacs.2c13801
