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随着世界人口的急剧增加，森林面积的锐减和化石燃料的大量燃烧，导致CO2排放量逐年上升。空气中CO2含量超标不仅会危害人的生命健康，也会导致温室效应加剧、全球变暖，极端天气频繁出现等恶劣的环境问题，因此，人类必须着眼于CO2的减排和资源化循环利用。将CO2转化为具有高附加值的下游工业原料，不仅可以减少CO2的排放，也可实现无机碳到有机碳的转变，实现碳资源循环利用。传统的物理利用和简单的化学利用效率低（<1.0%），能耗高，因此，CO2加氢还原技术越来越受到研究者们的广泛关注，而催化剂作为CO2加氢技术的核心，是该技术发展需要解决的核心问题。
本文通过多孔CoCe催化剂设计与制备，探究催化剂物理化学性质与CO2加氢活性与选择性之间的关系。采用X射线衍射（XRD）、N2吸附-脱附（BET）、电感耦合等离子体（ICP）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原位X射线光电子能谱（in-situ XPS）、H2-程序升温还原（H2-TPR）、H2-程序升温脱附（H2-TPD）和CO2-程序升温脱附（CO2-TPD）等技术，研究各催化剂的物理化学性质，并考察了催化剂结构、Co负载量和Zr加入量对CO2加氢活性与选择性的影响。主要获得以下结论：
1、采用络合法、共沉淀法、水热法和硬模板法分别制得具有不同的物相和形貌结构的CoCe-CA、CoCe-CP、CoCe-HY和CoCe-HT催化剂，CO2加氢活性遵循如下顺序：CoCe-HT>CoCe-CP>CoCe-CA>CoCe-HY。CoCe-CA催化剂虽然有较大的比表面积，但由于其孔结构较脆弱，易坍塌，因而在360℃时，反应120min后其催化活性急剧下降。CoCe-HY和CoCe-CP催化剂结晶度较高，结构致密，不利于活性中心的暴露而表现出较差的H2分子吸附及活化能力，因而其催化活性较差。CoCe-HT前驱体大的比表面积、有序介孔结构和丰富的Co-O-Ce固溶体提高了可还原性能，CoCe-HT催化剂中高的活性组分Co0物种分散度，强的Co与Ce物种相互作用，以及丰富的氧空穴，有利于对CO2和H2分子的吸附和活化，因此，该催化剂在常压、400℃时CO2加氢转化率达53.9%。
2、负载型介孔Co/CeO2-δ催化剂大的比表面积和有序介孔结构能抑制Co物种的聚集和烧结，使Co物种在介孔Co/CeO2-δ催化剂表面高度分散，形成丰富的加氢活性中心。随着Co负载量的增加，Co物种与Ce物种之间的相互作用增强，高分散态的Co0物种和Ce-Co-O固溶体含量增加，可形成的活性中心数量增加，对H2和CO2分子的吸附及活化能力增强，促进CO2加氢活性增强。在常压、400℃时，Co负载量为15%的催化剂的CO2转化率和CH4选择性为59.7%和93.8%，并在9次循环反应周期内保持良好的稳定性。
3、硬模板法制得不同Ce/Zr摩尔比的CexZr1-xO2载体具有较大的比表面积，负载5.0wt.%的Co物种后载体的有序介孔结构未遭到破坏。随着Zr物种加入量的增加，Co/CexZr1-xO2-δ催化剂的比表面积和孔容积增大，但其介孔结构有序性降低，且载体由立方相转化为四方相。引入适量Zr物种后，增强了活性组分与载体之间的相互作用，促进了催化剂中Co-Ce-O-Zr固溶体的生成，明显提高了Co3O4/CexZr1-xO2前驱体的可还原性能，以及氧空穴和高分散态Co0物种的形成，促进催化剂中加氢活性位的形成，进而促进CO2加氢反应的进行。在400℃和常压时，CoCe0.99Zr0.01催化剂表现出良好的CO2加氢甲烷化性能，并具有良好的稳定性。
本文通过多孔CoCe催化剂设计与制备，探究催化剂物理化学性质与CO2加氢活性与选择性之间的关系。采用X射线衍射（XRD）、N2吸附-脱附（BET）、电感耦合等离子体（ICP）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原位X射线光电子能谱（in-situ XPS）、H2-程序升温还原（H2-TPR）、H2-程序升温脱附（H2-TPD）和CO2-程序升温脱附（CO2-TPD）等技术，研究各催化剂的物理化学性质，并考察了催化剂结构、Co负载量和Zr加入量对CO2加氢活性与选择性的影响。主要获得以下结论：
1、采用络合法、共沉淀法、水热法和硬模板法分别制得具有不同的物相和形貌结构的CoCe-CA、CoCe-CP、CoCe-HY和CoCe-HT催化剂，CO2加氢活性遵循如下顺序：CoCe-HT>CoCe-CP>CoCe-CA>CoCe-HY。CoCe-CA催化剂虽然有较大的比表面积，但由于其孔结构较脆弱，易坍塌，因而在360℃时，反应120min后其催化活性急剧下降。CoCe-HY和CoCe-CP催化剂结晶度较高，结构致密，不利于活性中心的暴露而表现出较差的H2分子吸附及活化能力，因而其催化活性较差。CoCe-HT前驱体大的比表面积、有序介孔结构和丰富的Co-O-Ce固溶体提高了可还原性能，CoCe-HT催化剂中高的活性组分Co0物种分散度，强的Co与Ce物种相互作用，以及丰富的氧空穴，有利于对CO2和H2分子的吸附和活化，因此，该催化剂在常压、400℃时CO2加氢转化率达53.9%。
2、负载型介孔Co/CeO2-δ催化剂大的比表面积和有序介孔结构能抑制Co物种的聚集和烧结，使Co物种在介孔Co/CeO2-δ催化剂表面高度分散，形成丰富的加氢活性中心。随着Co负载量的增加，Co物种与Ce物种之间的相互作用增强，高分散态的Co0物种和Ce-Co-O固溶体含量增加，可形成的活性中心数量增加，对H2和CO2分子的吸附及活化能力增强，促进CO2加氢活性增强。在常压、400℃时，Co负载量为15%的催化剂的CO2转化率和CH4选择性为59.7%和93.8%，并在9次循环反应周期内保持良好的稳定性。
3、硬模板法制得不同Ce/Zr摩尔比的CexZr1-xO2载体具有较大的比表面积，负载5.0wt.%的Co物种后载体的有序介孔结构未遭到破坏。随着Zr物种加入量的增加，Co/CexZr1-xO2-δ催化剂的比表面积和孔容积增大，但其介孔结构有序性降低，且载体由立方相转化为四方相。引入适量Zr物种后，增强了活性组分与载体之间的相互作用，促进了催化剂中Co-Ce-O-Zr固溶体的生成，明显提高了Co3O4/CexZr1-xO2前驱体的可还原性能，以及氧空穴和高分散态Co0物种的形成，促进催化剂中加氢活性位的形成，进而促进CO2加氢反应的进行。在400℃和常压时，CoCe0.99Zr0.01催化剂表现出良好的CO2加氢甲烷化性能，并具有良好的稳定性。