近(jin)日，大(da)連(lian)化物(wu)所(suo)催(cui)化基(ji)礎國家(jia)重點實驗(yan)室(shi)李(li)燦(can)院士(shi)團(tuan)隊在CO₂催(cui)化加氫(qing)制(zhi)備芳(fang)烴(ting)研(yan)究(jiu)方(fang)面取得新進展：通過(guo)串聯(lian)式(shi)催化劑(ji)體(ti)系(xi)直(zhi)接(jie)將CO₂高選(xuan)擇(ze)性的(de)轉化為(wei)芳(fang)烴(ting)，該研究(jiu)成(cheng)果(guo)在《焦(jiao)耳》上(shang)發表。

李燦團隊(dui)長(chang)期(qi)致(zhi)力(li)於太陽能(neng)光(guang)催化、光(guang)電催(cui)化、電(dian)催(cui)化分解水(shui)制(zhi)氫(qing)和CO₂轉化工作(zuo)。利用(yong)來自(zi)清潔能(neng)源的(de)氫(qing)將CO₂轉化為(wei)燃料及(ji)化學品(pin)是實現(xian)CO₂減排和(he)碳(tan)資源可(ke)持續(xu)利(li)用(yong)的(de)壹(yi)個重要(yao)策(ce)略(lve)。

芳烴(ting)是有(you)機材料合(he)成(cheng)中重要(yao)的(de)基(ji)本化工原(yuan)料之壹(yi)，利用(yong)芳烴(ting)可(ke)以合(he)成(cheng)眾(zhong)多的(de)聚(ju)合(he)物(wu)材料，例(li)如(ru)聚苯乙烯(xi)、苯酚樹脂(zhi)、尼(ni)龍，以及(ji)聚(ju)對苯二(er)甲酸(suan)乙二(er)醇酯樹脂(zhi)等。傳統(tong)芳烴(ting)的(de)合(he)成(cheng)方(fang)法主要(yao)是石(shi)腦(nao)油的(de)裂(lie)解(jie)和(he)近年(nian)來發展的(de)基(ji)於(yu)煤(mei)制(zhi)甲醇的(de)甲(jia)醇制(zhi)芳烴(ting)（MTA）路徑(jing)，均需(xu)要(yao)依賴(lai)化石(shi)資(zi)源（石(shi)油和煤(mei)）。

因(yin)此，利用(yong)可(ke)再生(sheng)能(neng)源的(de)氫(qing)將CO₂轉化為(wei)具(ju)有(you)高附(fu)加值的(de)芳(fang)烴(ting)，使CO₂以聚(ju)合(he)物(wu)材料的(de)形(xing)式(shi)儲存(cun)下(xia)來，既(ji)可(ke)以實現(xian)CO₂碳(tan)資源化利(li)用(yong)，又可(ke)以起到(dao)減(jian)排CO₂作(zuo)用(yong)，具(ju)有(you)重要(yao)的(de)戰略(lve)意(yi)義。然而(er)，CO₂在熱力(li)學上(shang)是惰(duo)性的(de)分子，實現(xian)CO₂的(de)活化和(he)高選(xuan)擇(ze)性的(de)轉化存(cun)在(zai)較大(da)的(de)困(kun)難(nan)和(he)挑戰。

在該工作(zuo)中，李燦研究(jiu)團(tuan)隊基(ji)於CO₂在ZnZrO固溶(rong)體(ti)上(shang)加氫(qing)制(zhi)備甲(jia)醇（Science Advances2017）的(de)研(yan)究(jiu)，以及(ji)CO₂在(zai)ZnZrO/SAPO串聯(lian)體(ti)系(xi)上(shang)加氫(qing)制(zhi)備低(di)碳(tan)烯烴（ACS Catal.2017）的(de)研(yan)究(jiu)基(ji)礎上，進壹(yi)步構(gou)建(jian)了ZnZrO/ZSM-5串聯(lian)催(cui)化劑(ji)體(ti)系(xi)。

該催化劑(ji)將CO₂加氫(qing)高選(xuan)擇(ze)性的(de)轉化為(wei)芳(fang)烴(ting)，CO₂單(dan)程(cheng)轉化率為14%時，烴類(lei)中芳烴的(de)選(xuan)擇(ze)性達到(dao)73%至(zhi)78%。研(yan)究(jiu)發現(xian)CO₂加氫(qing)到(dao)芳(fang)烴(ting)的(de)關鍵是串聯(lian)催(cui)化劑(ji)的(de)有(you)效協(xie)同。紅(hong)外光(guang)譜(pu)、化學捕(bu)獲等實驗(yan)表明CO₂和H₂在ZnZrO固溶(rong)體(ti)氧化物(wu)上(shang)被(bei)活化生(sheng)成CH_xO中間物(wu)種，中間物(wu)種從(cong)ZnZrO表面遷移到(dao)分子篩孔(kong)道(dao)中，進而(er)完(wan)成芳(fang)烴的(de)生(sheng)成。串聯(lian)催(cui)化劑(ji)之間的(de)協(xie)同機制(zhi)，以及(ji)關鍵中間物(wu)種CH_xO的(de)表面遷移實現(xian)了CO₂加氫(qing)直接(jie)到(dao)芳(fang)烴(ting)反應在(zai)熱力(li)學和(he)動(dong)力(li)學上(shang)的(de)耦(ou)合(he)。

研(yan)究(jiu)還(hai)表明，CO₂加氫(qing)反應中生(sheng)成的(de)H₂O對烯烴的(de)芳(fang)構(gou)化有(you)明顯的(de)促(cu)進作(zuo)用(yong)。由(you)於在反應體(ti)系(xi)中H₂O及CO₂的(de)存(cun)在(zai)，其(qi)提供了弱氧化氛(fen)圍，抑制(zhi)了催(cui)化劑(ji)上(shang)多環(huan)芳(fang)烴的(de)生(sheng)成，延(yan)長(chang)了(le)催化劑(ji)的(de)壽(shou)命(ming)，該催化劑(ji)在(zai)100小(xiao)時的(de)反應過(guo)程(cheng)中沒有(you)明顯失活。該進展為(wei)CO₂轉化拓展了(le)新的(de)思(si)路。

該工作(zuo)得到(dao)了(le)國(guo)家(jia)重點研(yan)發計(ji)劃、國家(jia)自(zi)然科(ke)學基(ji)金以及(ji)中科(ke)院戰略(lve)性先導科(ke)技專(zhuan)項(xiang)的(de)資(zi)助(zhu)。