北京大学的马丁&王蒙团队利用“气相原料输入/液相产物流出”概念（LOGIC），聚焦阳光加热催化剂床层进行CO2加氢反应，通过反应装置下层进行温度控制，使反应中产生的甲醇在反应器底部冷凝，在无需额外能量输入的情况下，CO2转化率高达98%，甲醇选择性达到86%。
CO2是一种无毒且丰富的碳资源，利用可再生能源和绿色氢气将CO2转化为甲醇这一关键工业平台分子，在减少碳排放同时又可以将CO2固定为有价值的化学品，是国家能源条件与环境现状的共同选择。然而，传统工艺依赖于高温高压，能源消耗巨大，同时反应热力学受限，难以在高转化率条件下实现甲醇高选择性。
基于此，北京大学的马丁&王蒙团队对传统釜式反应器进行了改造，利用太阳能将CO2高效转化为甲醇，将反向Cu-Zr基催化剂集成到太阳能驱动的反应器中，在无需额外能量输入的情况下，CO2转化率高达98%，甲醇选择性达到86%。该反应器采用了已报道的“气相原料输入/液相产物流出”概念（LOGIC），通过聚焦阳光加热催化剂床层，并在反应装置下层进行温度控制，使反应中产生的水同甲醇在反应器底部冷凝，从而减少装置内部重要产物分压，从而持续推动反应进行。此设计通过降低气相中产物浓度，有效调节反应平衡，确保高效的反应过程。这一成果较传统热催化工艺有了显著提升，突破了热力学的局限，为碳捕集与利用提供了可持续的解决方案。此外，作者还设计定量环取样装置串联质谱用以检测反应过程中气体组分的变化。发现甲醇合成过程并非在反应初期即同步进行，而是先发生逆水煤气反应，生成CO和H2O，然后在达到相应的组分比例后，快速进行甲醇的生成。表明在该反应条件下气体成分的调节和反应动力学显著不同于传统的热催化反应条件。
利用太阳能作为主要能源，具有显著的优势，不仅能够减少碳排放，还能有效降低运行成本。研究团队在实际太阳光和模拟光条件下均成功验证了反应器的性能，同时也指出了如光照波动和外部环境因素等挑战。未来的研究将致力于进一步优化系统并提升稳定性，以拓展其应用范围。这一创新成果标志着可再生能源与碳捕集技术的深度融合，展现了将CO2从环境负担转化为可持续资源的巨大潜力。
详见：Lingzhen Zeng, Yongfang Sun, Tingting Wang, Zeyan Cen, Maolin Wang, Oriol Angurell, Meng Wang, Ding Ma. Solar-powered methanol synthesis from CO2 hydrogenation with high conversion and selectivity. Sci. China Chem., 2024, https://doi.org/10.1007/s11426-024-2318-8
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