中科院大连化物所二氧化碳加氢制低碳烯烃取得新进展

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中科院大连化学所的李灿院士和李泽龙博士等人在CO2催化加氢制备低碳烯烃方面取得了新的进展:他们在一系列催化剂体系上直接将CO2高选择性地转化为低碳烯烃。最近，研究结果发表在《美国化学学会目录》杂志上。

李灿团队长期致力于太阳能光催化、光电催化、水的电催化分解制氢和二氧化碳转化。利用清洁能源生产H2和二氧化碳加氢直接转化为低碳烯烃是回收温室气体二氧化碳的重要途径。低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)是合成有机材料最重要、最基本的化工原料。传统的合成方法主要是石脑油裂解和甲醇制煤，两者都需要依赖化石资源(石油和煤)。因此，将CO2转化为高附加值的低碳烯烃，不仅可以实现CO2碳资源的利用，还可以起到CO2减排的作用，具有重要的战略意义。然而，在热力学中，CO2是一种相对惰性的分子。实现CO2活化和高选择性转化既困难又具有挑战性。

研究人员构建了锌锆固溶体氧化物/锌改性SAPO分子筛系列催化剂(串联催化剂)。该催化剂(ZnZrO/SAPO)在接近工业化生产的反应条件下，对烃类中低碳烯烃的选择性为80-90%，具有较好的稳定性和抗硫中毒能力。CO2高效转化为低碳烯烃的关键是构建一系列催化剂体系。该团队发现，通过在ZnZrO固溶体氧化物上进行CO2加氢，可以高选择性地合成甲醇。在此基础上，ZnZrO固溶体氧化物和SAPO催化剂串联实现CO2直接加氢制备低碳烯烃。红外光谱和同位素实验表明，CO2和H2在ZnZrO固溶体氧化物上被活化形成CHxO中间体，其从ZrO表面迁移到分子筛孔道，从而完成碳-碳键的形成。系列催化剂之间的协同作用机制和关键中间体CHxO的表面迁移实现了CO2加氢直接转化为低碳烯烃反应的热力学和动力学耦合。该技术的实现拓展了CO2转化的新思路，也为低碳烯烃的合成开辟了新的途径。