随着化石燃料的逐渐耗尽，其燃烧产生的大量二氧化碳排放带来了严峻环境问题，能源与环境双重挑战日益凸显，已对人类生存构成严重威胁。在此背景下，通过碳捕获与利用（CCU）的过程来减少二氧化碳排放成为当前研究的重点方向。将二氧化碳作为化学生产的非传统且可持续的碳源加以利用，可减少对石油等化石燃料的依赖，并妥善解决碳排放问题。在众多的加氢产物中，甲醇是被受青睐的选择。由于其出色的催化性能和稳定性，双金属氧化物催化剂已成为该领域最具前景的研究课题。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室与兰州大学共同发表了用于二氧化碳加氢制甲醇的双金属氧化物催化剂综述文章。文章综述了双金属氧化物催化剂在CO₂加氢制甲醇领域的最新研究进展，重点探讨了催化剂的分类、制备方法、构效关系、反应机理及工业化潜力。双金属氧化物催化剂因其优异的协同效应、可调控活性位点及优异稳定性，成为突破传统铜基催化剂瓶颈的新方向。

文章介绍了双金属氧化物催化剂的分类，主要包括Co基氧化物催化剂、In基氧化物催化剂和M_aZrO_x (M_a = Zn, Cd, Ga etc.)固溶体催化剂。Co基氧化物催化剂通过界面协同作用提升CO₂转化率，但甲醇选择性较低；In基氧化物催化剂依托氧空位高效活化CO₂和H₂，甲醇选择性很高。固溶体催化剂通过Zr与M之间的协同效应和M–O键的极化促进H₂异裂解离，其中GaZrO_x催化剂时空产率达760 g_CH3OH+DME kg_cat⁻¹ h⁻¹。探讨了影响催化性能的关键因素，包括晶体结构、助剂和催化剂制备方法。晶体结构调控表面酸碱性、活性组分分散度和载体-活性组分相互作用；助剂调控活化CO₂和H₂的能力和反应中间体的吸附性能；催化剂制备方法调控催化剂结构特性、传质和活性位点可接近性。此外，文章还对比了几种催化剂的合成成本和稳定性，指出需开发低In、Ga含量体系，并在工业化条件下验证稳定性。总结了双金属氧化物的催化机理，认为甲酸盐路径是主要途径，其中HCOO*和CH₃O*为关键中间体，氧空位与金属-载体界面协同促进CO₂吸附与HCOO*中间体氢化，而RWGS路径可通过调控表面酸碱性选择性抑制。

研究表明，该领域目前仍存在亟待突破的瓶颈，包括现有体系低温活性不足、催化剂组成局限及ZrO₂基固溶体的构效关系缺乏理论计算支撑等。未来研究人员将聚焦提高现有双金属氧化物催化剂的性能、创建新型催化体系，并对双金属协同作用、活性位点结构、催化反应路径和动力学过程进行广泛理论研究。

该文章以“Bimetallic Oxide Catalysts for CO₂ Hydrogenation to Methanol: Recent Advances and Challenges ”为题发表在Chinese Journal of Catalysis上，吴剑峰副研究员和丑凌军研究员为共同通讯作者。

二氧化碳加氢制甲醇的双金属氧化物综述