工业革命后,煤、石油、天然气等化石能源大量消耗,导致CO₂过量排放,地球大气CO₂含量相比于工业化前增加了40%以上。CO₂是制造有机化学产品的廉价原料,将其资源化利用在实现碳循环的同时有效缓解温室效应和能源危机,其中CO₂加氢催化制甲醇是其资源化利用的重点研究方向。CO₂化学性质稳定且难以活化,高性能催化剂的研发是其资源化的关键环节之一,目前铜基催化剂因催化性能和成本方面的优势被广泛关注。本文采用溶胶-凝胶法以铜、锌、锆硝酸盐和柠檬酸为原料,改变凝胶时的初始条件,制备出一系列Cu-ZnO-ZrO₂催化剂。通过XRD、TG-DTA、H₂-TPR、CO₂-TPD、FT-IR及BET等表征手段对干凝胶及催化剂理化性能进行测试,并在催化反应活性评价装置上对催化剂的CO₂加氢合成甲醇反应活性进行评价,研究凝胶过程中Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与柠檬酸结合方式对催化剂性能的影响。通过改变柠檬酸用量,可调控Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与柠檬酸中羧酸的配位方式。配位能力较强的Cu²⁺、Zn²⁺,在凝胶制备过程中参与三维网络的构筑;而配位能力相对较弱的Zr⁴⁺,游离于三维网络之外,从而差异化地调控催化剂中活性组分Cu O、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸大小。当柠檬酸的摩尔量为1.5时,催化剂中的活性成分Cu O、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸相互匹配,表现出较好的CO₂加氢合成甲醇催化性能。通过调控p H值影响柠檬酸的电离,导致柠檬酸的配位能力发生变化,改变Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺在凝胶中的固定形式,使得催化剂中活性组分Cu O、ZnO、ZrO₂分散状态差异性变化。当p H为6时,干凝胶中柠檬酸无游离态羧酸,在燃烧时反应较为温和未破坏络合物结构,催化剂具有较大的比表面积以及铜分散度。采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备Cu-ZnO-ZrO₂催化剂时,金属离子与柠檬酸的形成交联状态的网络结构,可保证前驱体在焙烧过程中金属离子之间充分分离,减少活性组分的团聚。同时形成的三维立体网络结构有助于增大催化剂的比表面积,可使催化剂具有较好的催化活性。