86-0411-85765886
近日(ri)，大連(lian)化(hua)物所催(cui)化(hua)基(ji)礎(chu)國家重點(dian)實(shi)驗室(shi)李燦(can)院(yuan)士團隊(dui)在CO2催(cui)化(hua)加(jia)氫制備芳烴(ting)研(yan)究(jiu)方(fang)面取(qu)得新(xin)進展：通(tong)過串聯(lian)式(shi)催(cui)化(hua)劑(ji)體(ti)系直(zhi)接將(jiang)CO2高(gao)選(xuan)擇性(xing)的轉(zhuan)化(hua)為(wei)芳(fang)烴(ting)，該研(yan)究(jiu)成果在(zai)《焦耳(er)》（Joule）上(shang)發表。
李燦(can)團(tuan)隊(dui)長(chang)期(qi)致力於(yu)太(tai)陽能(neng)光催(cui)化(hua)、光電催(cui)化(hua)、電(dian)催(cui)化(hua)分(fen)解(jie)水(shui)制氫和(he)CO2轉(zhuan)化(hua)工(gong)作(zuo)。利用來自(zi)清(qing)潔能(neng)源的氫將CO2轉(zhuan)化(hua)為(wei)燃(ran)料及(ji)化(hua)學(xue)品(pin)是實(shi)現(xian)CO2減排和(he)碳(tan)資(zi)源可(ke)持(chi)續利用的壹個(ge)重(zhong)要策(ce)略(lve)。
芳烴(ting)是有機材料(liao)合成中(zhong)重(zhong)要的基(ji)本(ben)化(hua)工(gong)原料之(zhi)壹，利(li)用芳烴(ting)可(ke)以(yi)合成眾(zhong)多(duo)的聚(ju)合物材料(liao)，例如(ru)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯、苯(ben)酚樹脂(zhi)、尼(ni)龍，以(yi)及(ji)聚(ju)對苯(ben)二(er)甲酸(suan)乙二醇(chun)酯樹(shu)脂等。傳統(tong)芳(fang)烴(ting)的合成方(fang)法(fa)主(zhu)要是(shi)石腦(nao)油的裂(lie)解(jie)和(he)近(jin)年來發展的基(ji)於(yu)煤制甲醇(chun)的甲醇(chun)制芳(fang)烴(ting)（MTA）路(lu)徑(jing)，均(jun)需要依賴化(hua)石資(zi)源（石油和(he)煤(mei)）。
因(yin)此，利用可(ke)再生(sheng)能源的氫將CO2轉(zhuan)化(hua)為(wei)具(ju)有高(gao)附(fu)加值的芳烴(ting)，使CO2以(yi)聚(ju)合物材料(liao)的形式(shi)儲(chu)存(cun)下(xia)來，既可(ke)以(yi)實現(xian)CO2碳(tan)資(zi)源化(hua)利(li)用，又可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)減排CO2作(zuo)用，具有(you)重(zhong)要的戰(zhan)略(lve)意(yi)義(yi)。然(ran)而(er)，CO2在熱力學(xue)上(shang)是(shi)惰(duo)性(xing)的分子(zi)，實(shi)現(xian)CO2的活化(hua)和(he)高(gao)選(xuan)擇性(xing)的轉(zhuan)化(hua)存(cun)在(zai)較(jiao)大的困難(nan)和(he)挑(tiao)戰(zhan)。
在(zai)該(gai)工(gong)作(zuo)中(zhong)，李燦(can)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)基(ji)於(yu)CO2在ZnZrO固(gu)溶(rong)體(ti)上(shang)加(jia)氫制備甲醇(chun)（Science Advances2017）的研(yan)究(jiu)，以(yi)及(ji)CO2在ZnZrO/SAPO串聯(lian)體(ti)系上(shang)加(jia)氫制備低(di)碳(tan)烯烴(ting)（ACS Catal.2017）的研(yan)究(jiu)基(ji)礎(chu)上(shang)，進(jin)壹(yi)步(bu)構建了ZnZrO/ZSM-5串聯(lian)催(cui)化(hua)劑(ji)體(ti)系。
該(gai)催(cui)化(hua)劑(ji)將(jiang)CO2加氫高(gao)選(xuan)擇性(xing)的轉(zhuan)化(hua)為(wei)芳(fang)烴(ting)，CO2單程轉(zhuan)化(hua)率(lv)為(wei)14%時，烴(ting)類中(zhong)芳(fang)烴(ting)的選擇(ze)性(xing)達(da)到(dao)73%至78%。研(yan)究(jiu)發現CO2加(jia)氫到(dao)芳烴(ting)的關鍵(jian)是(shi)串聯(lian)催(cui)化(hua)劑(ji)的有效(xiao)協同。紅外(wai)光譜、化(hua)學(xue)捕(bu)獲等實驗(yan)表明CO2和(he)H2在(zai)ZnZrO固(gu)溶(rong)體(ti)氧(yang)化(hua)物上(shang)被(bei)活(huo)化(hua)生(sheng)成CHxO中(zhong)間(jian)物種(zhong)，中(zhong)間(jian)物種(zhong)從ZnZrO表面遷(qian)移到(dao)分子(zi)篩(shai)孔道(dao)中(zhong)，進(jin)而(er)完成芳(fang)烴(ting)的生(sheng)成。串聯(lian)催(cui)化(hua)劑(ji)之(zhi)間的協同機制，以(yi)及(ji)關鍵中(zhong)間(jian)物種(zhong)CHxO的表面遷(qian)移實現了(le)CO2加(jia)氫直接到(dao)芳烴(ting)反應在熱力學(xue)和(he)動力學(xue)上(shang)的耦合。
研(yan)究(jiu)還(hai)表明，CO2加氫反應中(zhong)生(sheng)成的H2O對烯烴(ting)的芳構(gou)化(hua)有(you)明(ming)顯(xian)的促進(jin)作(zuo)用。由於(yu)在(zai)反(fan)應體(ti)系中(zhong)H2O及(ji)CO2的存在(zai)，其提供了(le)弱(ruo)氧化(hua)氛(fen)圍(wei)，抑(yi)制了(le)催(cui)化(hua)劑(ji)上(shang)多(duo)環芳(fang)烴(ting)的生(sheng)成，延長(chang)了(le)催(cui)化(hua)劑(ji)的壽命(ming)，該催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)100小(xiao)時的反應(ying)過程中(zhong)沒有明顯(xian)失活。該(gai)進(jin)展(zhan)為CO2轉(zhuan)化(hua)拓(tuo)展(zhan)了新(xin)的思路(lu)。
該工(gong)作(zuo)得到(dao)了國(guo)家重點(dian)研(yan)發計劃(hua)、國(guo)家自(zi)然(ran)科學基(ji)金以(yi)及(ji)中(zhong)科院(yuan)戰(zhan)略(lve)性(xing)先導(dao)科技專(zhuan)項的資(zi)助(zhu)。
