中國科學院大連化學物理研究所李燦團隊在CO 2催化加氫製備低碳烯烴方面取得新進展: 實現串聯式催化劑體繫上直接將CO 2高選擇性的轉化為低碳烯烴.
利用清潔能源制H 2和CO 2加氫直接轉化為低碳烯烴, 是將溫室氣體CO 2資源化利用的一條重要途徑. 低碳烯烴 (乙烯, 丙烯, 丁烯) 是有機材料合成的最重要和最基本的化工原料, 而傳統的合成方法主要是石腦油的裂解和煤經甲醇製備, 均需要依賴化石資源 (石油和煤) . 因此, 利用CO 2轉化為具有高附加值的低碳烯烴, 既可以實現CO 2碳資源化利用, 又可以起到減排CO 2作用, 具有重要的戰略意義. 但由於CO 2在熱力學上是比較惰性的分子, 實現CO 2的活化和高選擇性的轉化存在較大的困難和挑戰. 本研究中, 李燦團隊構建了ZnZrO固溶體氧化物/Zn改性SAPO分子篩串聯催化劑.
該催化劑 (ZnZrO/SAPO) 在接近工業生產的反應條件下, 烴類中低碳烯烴的選擇性可達到80-90%, 且具有較好的穩定性和抗硫中毒性能. 在串聯催化劑體系的構建方面, 李燦團隊發現在ZnZrO固溶體氧化物上CO 2加氫可高選擇性地合成甲醇 (此成果發表在Science Advances上, 論文連結) , 在此基礎上將ZnZrO固溶體氧化物與SAPO催化劑串聯可實現CO 2直接加氫製備低碳烯烴. 紅外光譜和同位素實驗表明, CO 2和H 2在ZnZrO固溶體氧化物上被活化生成CH xO中間物種, 中間物種從ZnZrO表面遷移到分子篩孔道中, 進而完成碳碳鍵的生成. 串聯催化劑之間的協同機制以及關鍵中間物種CH xO的表面遷移使CO 2加氫直接到低碳烯烴反應在熱力學和動力學上的耦合得到實現. 這項研究也為CO 2轉化拓展了新的思路, 同時也為低碳烯烴的合成開闢了新途徑.
相關研究成果已發表在ACS Catalysis上. 該項目得到了中科院戰略性先導科技專項, 國家自然科學基金, 大連化物所甲醇轉化與煤代油新技術基礎研究專項以及博士後相關基金的資助.
