近(jin)日，大連化物所催化(hua)基(ji)礎國(guo)家(jia)重點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)李(li)燦院士團(tuan)隊在CO₂催化(hua)加(jia)氫制備芳烴研究方面取得新進展(zhan)：通(tong)過(guo)串(chuan)聯(lian)式(shi)催化(hua)劑(ji)體(ti)系(xi)直(zhi)接(jie)將(jiang)CO₂高選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)轉化為(wei)芳烴，該(gai)研究成(cheng)果在《焦耳(er)》上發(fa)表(biao)。

李(li)燦團(tuan)隊長期致力(li)於太(tai)陽(yang)能光催化(hua)、光電催化(hua)、電(dian)催化(hua)分(fen)解(jie)水制(zhi)氫和CO₂轉化工作。利用(yong)來自(zi)清潔(jie)能源(yuan)的(de)氫將(jiang)CO₂轉化為(wei)燃料及(ji)化(hua)學品(pin)是實現(xian)CO₂減(jian)排(pai)和碳資(zi)源(yuan)可持續(xu)利用(yong)的(de)壹個(ge)重要(yao)策略。

芳烴是有機(ji)材(cai)料合(he)成中重要(yao)的(de)基(ji)本化(hua)工原(yuan)料之(zhi)壹，利(li)用(yong)芳烴可以(yi)合(he)成眾(zhong)多(duo)的(de)聚(ju)合(he)物材(cai)料，例(li)如(ru)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)、苯(ben)酚(fen)樹(shu)脂(zhi)、尼龍(long)，以及聚(ju)對苯(ben)二甲酸(suan)乙(yi)二醇(chun)酯(zhi)樹(shu)脂(zhi)等。傳統(tong)芳烴的(de)合(he)成方法主(zhu)要(yao)是石(shi)腦(nao)油的(de)裂解(jie)和近(jin)年(nian)來發(fa)展的(de)基(ji)於(yu)煤制甲醇(chun)的(de)甲醇(chun)制(zhi)芳烴（MTA）路徑(jing)，均(jun)需(xu)要(yao)依(yi)賴(lai)化石(shi)資源(yuan)（石(shi)油和煤）。

因此，利用(yong)可再(zai)生能(neng)源(yuan)的(de)氫將(jiang)CO₂轉化為(wei)具有高附(fu)加值的(de)芳烴，使CO₂以(yi)聚(ju)合(he)物材(cai)料的(de)形式(shi)儲(chu)存下來，既(ji)可以實現(xian)CO₂碳(tan)資源(yuan)化利(li)用(yong)，又可(ke)以(yi)起到減(jian)排(pai)CO₂作用(yong)，具有重要(yao)的(de)戰略(lve)意義。然而，CO₂在(zai)熱力(li)學上(shang)是惰性(xing)的(de)分(fen)子(zi)，實現(xian)CO₂的(de)活化(hua)和高選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)轉化存(cun)在較大的(de)困(kun)難(nan)和挑(tiao)戰。

在(zai)該(gai)工作中，李(li)燦研(yan)究團(tuan)隊基(ji)於(yu)CO₂在ZnZrO固溶體(ti)上(shang)加(jia)氫制(zhi)備甲醇(chun)（Science Advances2017）的(de)研究，以(yi)及(ji)CO₂在(zai)ZnZrO/SAPO串(chuan)聯(lian)體(ti)系(xi)上(shang)加氫制備低碳烯(xi)烴（ACS Catal.2017）的(de)研究基(ji)礎上(shang)，進(jin)壹步構建(jian)了(le)ZnZrO/ZSM-5串(chuan)聯(lian)催化(hua)劑(ji)體(ti)系(xi)。

該(gai)催化(hua)劑(ji)將(jiang)CO₂加(jia)氫(qing)高選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)轉化為(wei)芳烴，CO₂單程(cheng)轉化率(lv)為14%時(shi)，烴(ting)類(lei)中芳烴的(de)選擇(ze)性(xing)達到73%至78%。研(yan)究發(fa)現(xian)CO₂加(jia)氫到(dao)芳烴的(de)關鍵(jian)是串(chuan)聯(lian)催化(hua)劑(ji)的(de)有效協(xie)同。紅外(wai)光譜、化學捕(bu)獲等實(shi)驗(yan)表(biao)明CO₂和H₂在ZnZrO固(gu)溶(rong)體氧化(hua)物上(shang)被活化(hua)生成(cheng)CH_xO中間物種，中間物種從(cong)ZnZrO表面遷移(yi)到分(fen)子(zi)篩(shai)孔道中，進而(er)完(wan)成芳烴的(de)生成(cheng)。串(chuan)聯(lian)催化(hua)劑(ji)之(zhi)間的(de)協同機制(zhi)，以及關(guan)鍵中間物種CH_xO的(de)表面遷移(yi)實現(xian)了(le)CO₂加氫(qing)直接(jie)到(dao)芳烴反應(ying)在(zai)熱力(li)學和動(dong)力(li)學上(shang)的(de)耦(ou)合(he)。

研究還(hai)表(biao)明，CO₂加(jia)氫(qing)反應(ying)中生成(cheng)的(de)H₂O對烯(xi)烴的(de)芳構化(hua)有明顯(xian)的(de)促進(jin)作用(yong)。由於(yu)在(zai)反應(ying)體(ti)系中H₂O及CO₂的(de)存在(zai)，其(qi)提(ti)供了弱(ruo)氧(yang)化(hua)氛(fen)圍，抑制了(le)催化(hua)劑(ji)上(shang)多(duo)環(huan)芳烴的(de)生成(cheng)，延長(chang)了催化(hua)劑(ji)的(de)壽命(ming)，該(gai)催化(hua)劑(ji)在(zai)100小(xiao)時(shi)的(de)反應(ying)過(guo)程(cheng)中沒有明顯(xian)失(shi)活(huo)。該(gai)進展(zhan)為CO₂轉化拓展了(le)新的(de)思路(lu)。

該(gai)工作得到了(le)國家(jia)重點(dian)研(yan)發計劃、國家自(zi)然科(ke)學(xue)基(ji)金(jin)以及中科(ke)院戰略(lve)性(xing)先導(dao)科(ke)技專項的(de)資助(zhu)。