二氧化碳加氫制低碳烯烴研究取得新進(jìn)展

 　　中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦團(tuán)隊(duì)在CO2催化加氫制備低碳烯烴方面取得新進(jìn)展：實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式催化劑體系上直接將CO2高選擇性的轉(zhuǎn)化為低碳烯烴。

　　利用清潔能源制H2和CO2加氫直接轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，是將溫室氣體CO2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(jī)材料合成的最重要和最基本的化工原料，而傳統(tǒng)的合成方法主要是石腦油的裂解和煤經(jīng)甲醇制備，均需要依賴化石資源(石油和煤)。因此，利用CO2轉(zhuǎn)化為具有高附加值的低碳烯烴，既可以實(shí)現(xiàn)CO2碳資源化利用，又可以起到減排CO2作用，具有重要的戰(zhàn)略意義。但由于CO2在熱力學(xué)上是比較惰性的分子，實(shí)現(xiàn)CO2的活化和高選擇性的轉(zhuǎn)化存在較大的困難和挑戰(zhàn)。本研究中，李燦團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了ZnZrO固溶體氧化物/Zn改性SAPO分子篩串聯(lián)催化劑。該催化劑(ZnZrO/SAPO)在接近工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)條件下，烴類中低碳烯烴的選擇性可達(dá)到80-90%，且具有較好的穩(wěn)定性和抗硫中毒性能。在串聯(lián)催化劑體系的構(gòu)建方面，李燦團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在ZnZrO固溶體氧化物上CO2加氫可高選擇性地合成甲醇(此成果發(fā)表在Science Advances上，論文鏈接)，在此基礎(chǔ)上將ZnZrO固溶體氧化物與SAPO催化劑串聯(lián)可實(shí)現(xiàn)CO2直接加氫制備低碳烯烴。紅外光譜和同位素實(shí)驗(yàn)表明，CO2和H2在ZnZrO固溶體氧化物上被活化生成CHxO中間物種，中間物種從ZnZrO表面遷移到分子篩孔道中，進(jìn)而完成碳碳鍵的生成。串聯(lián)催化劑之間的協(xié)同機(jī)制以及關(guān)鍵中間物種CHxO的表面遷移使CO2加氫直接到低碳烯烴反應(yīng)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的耦合得到實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)研究也為CO2轉(zhuǎn)化拓展了新的思路，同時(shí)也為低碳烯烴的合成開辟了新途徑。

　　相關(guān)研究成果已發(fā)表在ACS Catalysis上。該項(xiàng)目得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、大連化物所甲醇轉(zhuǎn)化與煤代油新技術(shù)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)以及博士后相關(guān)基金的資助。