使用串联催化剂直接将CO₂转化为芳烃为减少碳排放提供了一种有效的方法。由Ga和Zr复合的固溶体催化剂表现出高的CO₂加氢甲醇选择性，并已在轻烯烃和丙烷的生产中得到有效应用。它们通常与SAPO-34和SSZ-13分子筛偶联，实现了约80%的高目标产物选择性和优异的催化稳定性，而没有Ga迁移到分子筛表面。通常通过调节GaZrO_x的氢活化能力来提高CO₂转化率和产物选择性。

研究表明，H₂解离成H^δ+和H^δ-，分别与相邻的氧原子和配位不饱和的Ga原子结合。在H₂解离过程中，由CO₂吸附形成的双烯酸盐碳酸盐通过Ga-H^δ-加氢形成。Ga-H的活性氢化物还通过增强对配位不饱和Ga原子的同溶解解离来促进去除碳沉积。

然而，GaZrO_x催化剂上的H₂解离过程以及Ga-H物种对CO₂向芳烃转化的影响尚未得到充分研究。因此，了解活性氢化物的精确生成以及这些氢化物与芳烃形成之间的关系对于设计高效的CO₂加氢串联催化剂至关重要。

近日，厦门大学袁友珠和复旦大学朱义峰等采用溶胶-凝胶法合成了GaZrO_x固溶体催化剂，并与ZSM-5沸石整合，在1200 mL g^-1 h^-1气体空速、320 °C和3.0 MPa条件下，单程CO₂转化率为14.3%，芳烃的选择性达到82.8%。在优化的Ga/Zr摩尔比为0.5时，芳烃的STY与Ga/Zr摩尔比为0.1时相比提高了2.3倍。

原位DRIFT光谱表明，GaZrO_x催化剂上CO₂的氢化遵循甲醇介导的路径。GaZrO_x表面吸收的CO₂进一步被相邻活性Ga-H氢化物上的甲醇相关中间体氢化。H₂化学吸附实验和Ar吹扫进一步证实，GaZrO_x表面形成的Ga-H物种是一个可逆过程。

Ga/Zr摩尔比为0.5时增加了Ga-H物种的表面密度，促进了甲醇中间体，如甲酸盐的形成。TKA-MS和理论计算结果表明，GaZrO_x表面的H₂解离主要是均溶性的，产生Ga-H物种的过程由杂解步骤启动。

XAFS结果表明，当Ga/Zr摩尔比超过0.5时，GaZrO_x固溶体中形成了Ga-Ga键。C₃H₆的H₂-TPD和TPSR结果表明，Ga/Zr摩尔比为3.0时在高温下导致较高的氢解吸量(0.6 mmol g^-1)，有利于C₃H₆在较低温度下加氢形成C₃H₈，这促进了串联催化剂中轻质石蜡副产物的形成。

因此，优化可逆金属氢化物为提高复合催化剂中芳香族化合物的产量提供了一种有效的方法，同时为提高串联催化剂的催化性能提供了一种新的策略。

Optimizing gallium hydrides for enhanced CO₂ hydrogenation to aromatics with GaZrO_x-ZSM-5 tandem catalysts. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c01780