二氧化碳加氢催化剂——结构设计与反应机制研究

本书主要围绕二氧化碳加氢催化剂的结构设计与反应机制展开，在阐述二氧化碳能源利用技术、二氧化碳转化方法以及二氧化碳加氢催化剂的研究现状的基础上，详细介绍了钯基和铑基催化剂用于二氧化碳加氢制甲醇的研究、镍基催化剂用于二氧化碳加氢制甲烷的研究、锡基催化剂用于二氧化碳加氢制甲酸的研究以及铜基催化剂用于二氧化碳加氢制多碳产物的研究，旨在发展高效、高稳定性和低成本的催化剂，以推进二氧化碳加氢催化剂的发展，为新型催化剂的开发提供新的思路和策略。 本书具有较强的针对性、学术性和前瞻性，可供从事催化剂设计、能源转化等领域的科研人员和工程技术人员参考，也可供高等学校化学类、材料类、环境类等专业的师生参阅。

陈鑫，工学博士（后），教授。现为西南石油大学科学技术发展研究院副院长，计算化学与分子模拟研究中心负责人，氢能高效开发青年科技创新团队带头人，成都市委常委、西南石油大学委员会主委。主要从事能源转换与催化、理论与计算化学等领域的教学科研工作。自2020年以来连续三年（2020-2022）入选由美国斯坦福大学和Elsevier出版集团联合发布的全球前2%科学家“年度科学影响力排行榜”榜单。 近两年在CO2催化转化领域参与省部级以上科研项目： 1. 海相页岩水平井超临界二氧化碳压裂机理与一体化模拟研究，国家自然科学基金重点项目，269万元，2023-2027年。 2. 地质封存二氧化碳的盐腔改造技术研究与应用，四川省重点研发项目，100万元，2022-2023年。

第1章 绪论 001 1.1 二氧化碳化工利用技术研究背景 003 1.2 二氧化碳转化方法概述 004 1.2.1 热催化二氧化碳加氢反应 004 1.2.2 电催化二氧化碳加氢反应 005 1.2.3 光催化二氧化碳加氢反应 006 1.3 二氧化碳加氢催化剂研究进展及趋势分析 008 1.3.1 二氧化碳加氢制甲醇催化剂 008 1.3.2 二氧化碳加氢制甲烷催化剂 009 1.3.3 二氧化碳加氢制甲酸/ 甲酸盐催化剂 010 1.3.4 二氧化碳加氢制多碳产物催化剂 011 参考文献 013 第2章 二氧化碳加氢制甲醇催化剂 021 2.1 概述 023 2.1.1 过渡金属掺杂Pd 团簇材料 024 2.1.2 Cu@Pd核壳材料 025 2.1.3 PdZn双金属材料 027 2.2 过渡金属掺杂Pd 团簇催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 027 2.2.1 Pd12M 团簇催化剂模型及其稳定性 028 2.2.2 Pd12M 团簇催化剂上二氧化碳的活化 029 2.2.3 Pd12M 团簇催化剂上的二氧化碳加氢和解离 032 2.2.4 PdCu双金属团簇催化剂上二氧化碳加氢与解离 034 2.3 Cu@Pd核壳催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 034 2.3.1 Cu@Pd核壳表面反应物种的吸附 034 2.3.2 Cu@Pd核壳表面甲醇合成的反应路径 038 2.4 PdZn双金属催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 045 2.4.1 PdZn双金属催化剂的模型和稳定性 045 2.4.2 PdZn双金属催化剂上二氧化碳的吸附 046 2.4.3 PdZn双金属催化剂上合成甲醇的反应机理 048 2.5 W掺杂Rh（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 056 2.5.1 W掺杂Rh（111）催化剂模型和稳定性 056 2.5.2 W掺杂Rh（111）催化剂上反应物种的吸附 057 2.5.3 W掺杂Rh（111）催化剂上吸附物种的相对稳定性 062 2.5.4 W掺杂Rh（111）催化剂上合成甲醇的基元反应 062 2.5.5 W掺杂Rh（111）催化剂上合成甲醇的反应路径 069 2.5.6 W掺杂Rh（111）催化剂的活性起源分析 070 2.6 In掺杂Rh（211）催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 071 2.6.1 In掺杂Rh（211）催化剂结构模型 071 2.6.2 In掺杂Rh （211）催化剂上二氧化碳的吸附与活化 073 2.6.3 In掺杂Rh （211）催化剂上反应物种的吸附 076 2.6.4 In掺杂Rh （211）催化剂上吸附物种的相对稳定性 076 2.6.5 In掺杂Rh （211）催化剂上合成甲醇的活性与机理 078 2.6.6 In掺杂Rh （211）催化剂的活性起源分析 087 2.7 应用案例分析 088 参考文献 094 第3章 二氧化碳加氢制甲烷催化剂 105 3.1 概述 107 3.1.1 Ni13 团簇材料 107 3.1.2 NiFe双金属材料 108 3.1.3 NiRu双金属材料 108 3.1.4 Ru掺杂BNNT 材料 108 3.2 Ni13 团簇催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 109 3.2.1 Ni13 团簇催化剂上中间体的吸附构型和吸附能 109 3.2.2 Ni13 团簇催化剂上合成甲烷的反应机理 113 3.3 Ni3Fe（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 120 3.3.1 Ni3Fe（111）催化剂上反应物种的吸附 120 3.3.2 Ni3Fe（111）催化剂上合成甲烷的反应机理 123 3.3.3 Ni3Fe（111）催化剂上抑制碳沉积的能力 130 3.4 Ru掺杂Ni（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 130 3.4.1 Ru掺杂Ni（111）催化剂上反应物种的吸附 131 3.4.2 Ru掺杂Ni（111）催化剂上合成甲烷的反应机理 134 3.4.3 Ru掺杂Ni（111）催化剂上抑制碳沉积的能力 139 3.5 Ru掺杂BNNT 催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 140 3.5.1 Ru掺杂BNNT 催化剂的结构和稳定性 140 3.5.2 Ru掺杂BNNT 催化剂上二氧化碳的吸附 143 3.5.3 Ru掺杂BNNT 催化剂上合成甲烷的反应路径 145 3.5.4 Ru掺杂BNNT 催化剂上合成甲烷的副反应分析 149 3.6 应用案例分析 150 参考文献 151 第4章 二氧化碳加氢制甲酸（甲酸盐）催化剂 161 4.1 概述 163 4.2 Sn-NxC4-x-G 催化剂催化二氧化碳加氢制甲酸 164 4.2.1 Sn-NxC4-x-G 催化剂的结构和稳定性 164 4.2.2 Sn-NxC4-x-G 催化剂上中间体的吸附 167 4.2.3 Sn-NxC4-x-G 催化剂上合成甲酸的反应机理 169 4.2.4 Sn-NxC4-x-G 催化剂的活性起源分析 176 4.3 Sn基双原子催化剂催化二氧化碳加氢制甲酸 177 4.3.1 SnMN6/G 催化剂的结构模型和稳定性 178 4.3.2 SnMN6/G 催化剂上反应物种的吸附 180 4.3.3 SnMN6/G 催化剂的反应机理 185 4.3.4 SnMN6/G 催化剂的活性起源分析 192 4.4 应用案例分析 194 参考文献 197 第5章 二氧化碳加氢制多碳产物催化剂 203 5.1 概述 205 5.2 二氧化碳加氢制乙烯 207 5.3 二氧化碳加氢制乙醇 211 5.4 二氧化碳加氢制丙醇 214 5.5 应用案例分析 218 参考文献 221