氧化鋯是常用的催化劑載體之一，是具有酸、堿性及氧化、還原性的金屬氧化物，同時又是P型半導體，易產生空穴，可與活性組分產生較強的相互作用。因此以Cu/ZrO₂為載體的過渡金屬催化劑，可以代替部分昂貴的稀有貴金屬，具有明顯的經濟效益。下面小編簡要介紹Cu/ZrO₂催化劑制備方法及應用。

一、Cu/ZrO₂催化劑制備方法

Cu/ZrO₂催化劑的制備方法主要有共沉淀法、浸漬法、沉淀沉積法、溶膠一凝膠法和微乳液法等。

1、共沉淀法

共沉淀法是同時將銅鹽與鋯鹽溶液均勻混合，在沉淀劑的作用下進行共沉淀。然后將沉淀經過老化、洗滌、抽濾、干燥、焙燒和還原制得催化劑。通常所用的沉淀劑有NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、NH₃H₂O和NH₄HCO₃等。共沉淀法按照加料方式可以分為順加法、反加法和并流法。

共沉淀法制備的Cu/ZrO₂催化劑SEM圖片

共沉淀法的優點是：可以制備得到納米級的粒度和分子級的均勻混合程度，從而加大活性組分間的交互作用。在共沉淀法中，對共沉淀條件的控制是獲得高活性催化劑的關鍵，主要有起始鹽的種類、母液濃度、沉淀劑的種類及其用量、沉淀方式、沉淀溫度、老化溫度和時間、pH值和焙燒溫度等。

2、浸漬法

浸漬法是將銅鹽通過浸漬負載到已有的氧化鋯載體上，然后經過干燥、焙燒和還原制得催化劑。載體的制備方法主要有普通沉淀法、高溫老化法和溶膠、凝膠法等。

浸漬法制備Cu/ZrO₂催化劑優點是：具有較高的比表面積，且可將氧化鋯穩定在表面積較大的四方相。

浸漬法制備Cu/ZrO₂催化劑SEM圖片

3、沉淀沉積法

沉淀沉積法是將氧化鋯載體加入到銅鹽溶液中形成懸濁液后，在沉淀劑的作用下將銅沉淀到載體上。然后將沉淀經老化、洗滌、抽濾、干燥、焙燒和還原制得催化劑。

沉淀沉積法優點是：制備的Cu/ZrO₂催化劑具有比表面積大，粒徑分布均勻，粒子尺寸小的特點，其性能優于由共沉淀法和浸漬法所制備的組成相同的Cu/ZrO₂催化劑。

沉淀沉積法Cu/ZrO₂催化劑SEM圖片

4、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將銅鹽與鋯鹽在沉淀劑的作用下水解或醇解，制得水凝膠，然后在一定條件下將水凝膠轉化為干凝膠或氣凝膠。將水凝膠轉化為干凝膠有兩種方法：傳統干燥法和超臨界流體干燥法。

采用超臨界流體干燥法優點是使乙醇在超臨界條件下變為均一的流體。表面張力和毛細壓力消除，阻止了凝膠的結構塌陷，凝膠的骨架得到保留，可以制備具有大的比表面積和孔體積Cu/ZrO₂催化劑。

5、微乳液法

微乳液法制備Cu/ZrO₂催化劑方法是以正己烷和硝酸銅的混合物為原料，在其中加入一定量的表面活性劑得到微乳液，在強烈攪拌下，正己烷、H₂O和表面活性劑的摩爾比為2.72：0.22：0.06，然后將含鋯鹽的正丁醇溶液逐滴加入到上述微乳液中，強烈攪拌2 h后，將所得到的沉淀經過濾、洗滌、干燥、焙燒和還原得到Cu/ZrO₂催化劑。

該法制備Cu/ZrO₂催化劑的缺點是Cu含量最多只能達到16%。

二、Cu/ZrO₂催化劑應用

1、CO/CO₂加氫合成甲醇

Cu/ZrO₂催化劑對甲醇合成反應具有良好的催化活性，Cu/ZrO₂作為一種新型的甲醇合成催化劑，可用于CO/H₂、CO₂/H₂和CO/CO₂催化合成甲醇的反應。ZrO₂可以吸附CO和CO₂形成甲酸鹽和碳酸氫鹽等，它也可以解離吸附H2生成ZrOH和ZrH。

Cu/ZrO₂催化劑主要應用于合成氣制甲醇、CO₂加氫制甲醇等。

Cu/ZrO₂催化劑應用于CO₂加氫制甲醇

2、合成氣制甲醇

醇類水蒸氣重整反應是醇和水蒸氣在催化劑的作用下生成H₂、CO和CO₂的反應。因其可以用于燃料電池，特別是汽車電池而備受矚目。

在Cu/ZrO₂催化劑中，銅、鋯之間存在明顯的水和氫物種“逆溢流”效應。該“逆溢流”效應不僅促進Cu/ZrO₂體系中ZrO₂表面吸附態氫物種的脫附，還有利于還原或反應條件下ZrO₂表面吸附水和橋式羥基的去除，從而在較低的溫度下生成豐富的氧陰離子和氧空穴活性位。

3、二乙醇胺脫氫

Cu/ZrO₂應用于二乙醇胺脫氫制亞氨基二乙酸鹽的催化反應中，產品收率可高達96％。

4、環己醇脫氫制環己酮

Cu/ZrO₂對環己醇脫氫制備環己酮具有優異的催化性能，其環己酮單程收率可達85％，且具有良好的穩定性和較長的使用壽命。

參考文獻：1、楊鵬程，蔡小海，謝有暢，共沉淀Cu/ZrO₂復合氧化物分散態結構研究。

2、劉源，鐘炳，彭少逸，銅基-氧化鋯合成甲醇催化劑的研究進展。

3、師江柳，劉金堯，朱起明等，Cu/ZrO₂超細粒子催化劑的制備和物性結構表征。

                                                     李波濤