86-0411-85765886
近(jin)日，大連化物所(suo)催(cui)化(hua)基(ji)礎國(guo)家重(zhong)點實(shi)驗(yan)室(shi)李燦院(yuan)士(shi)團(tuan)隊在(zai)CO2催化(hua)加(jia)氫(qing)制(zhi)備(bei)芳(fang)烴研究(jiu)方面(mian)取(qu)得新進(jin)展(zhan)：通(tong)過串(chuan)聯(lian)式催化(hua)劑體(ti)系直(zhi)接將(jiang)CO2高(gao)選擇(ze)性(xing)的(de)轉化為(wei)芳烴，該研究(jiu)成(cheng)果在(zai)《焦耳(er)》（Joule）上發表。
李燦團(tuan)隊長期致力於太(tai)陽能(neng)光催(cui)化、光(guang)電催化、電(dian)催(cui)化分(fen)解水(shui)制(zhi)氫(qing)和CO2轉化工作(zuo)。利(li)用來(lai)自清(qing)潔能(neng)源(yuan)的氫(qing)將(jiang)CO2轉化為(wei)燃(ran)料及化學(xue)品(pin)是實(shi)現(xian)CO2減排(pai)和碳(tan)資(zi)源(yuan)可持續(xu)利(li)用(yong)的壹個重(zhong)要(yao)策略(lve)。
芳(fang)烴(ting)是有(you)機(ji)材(cai)料合(he)成(cheng)中重(zhong)要(yao)的基(ji)本(ben)化(hua)工原(yuan)料(liao)之壹，利(li)用芳(fang)烴(ting)可以合(he)成(cheng)眾多(duo)的(de)聚(ju)合物(wu)材(cai)料，例如(ru)聚(ju)苯乙烯(xi)、苯酚(fen)樹脂(zhi)、尼龍，以(yi)及(ji)聚(ju)對苯二甲(jia)酸(suan)乙二醇(chun)酯樹脂(zhi)等。傳(chuan)統芳(fang)烴的合(he)成(cheng)方法主(zhu)要(yao)是石(shi)腦(nao)油(you)的裂解(jie)和近(jin)年來(lai)發展的基(ji)於(yu)煤(mei)制(zhi)甲(jia)醇(chun)的甲醇(chun)制(zhi)芳(fang)烴(ting)（MTA）路徑(jing)，均需要(yao)依賴(lai)化石(shi)資源(yuan)（石(shi)油(you)和煤(mei)）。
因(yin)此，利(li)用可再生(sheng)能(neng)源(yuan)的氫(qing)將(jiang)CO2轉化為(wei)具有高(gao)附(fu)加值(zhi)的(de)芳(fang)烴，使(shi)CO2以(yi)聚(ju)合物(wu)材(cai)料的(de)形(xing)式儲存(cun)下來(lai)，既可以實(shi)現(xian)CO2碳資源(yuan)化利用(yong)，又可以起(qi)到(dao)減排(pai)CO2作(zuo)用(yong)，具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的戰(zhan)略意義(yi)。然(ran)而(er)，CO2在(zai)熱(re)力學(xue)上是惰(duo)性(xing)的分(fen)子，實(shi)現CO2的活化和高(gao)選擇(ze)性(xing)的(de)轉化存(cun)在(zai)較大(da)的(de)困難(nan)和挑(tiao)戰(zhan)。
在(zai)該工作(zuo)中(zhong)，李燦研究(jiu)團(tuan)隊基(ji)於(yu)CO2在(zai)ZnZrO固(gu)溶體(ti)上加氫(qing)制(zhi)備(bei)甲(jia)醇(chun)（Science Advances2017）的研究(jiu)，以及(ji)CO2在(zai)ZnZrO/SAPO串(chuan)聯(lian)體(ti)系上加氫(qing)制(zhi)備(bei)低碳烯烴(ting)（ACS Catal.2017）的研究(jiu)基(ji)礎上，進(jin)壹步(bu)構(gou)建了(le)ZnZrO/ZSM-5串(chuan)聯(lian)催(cui)化劑體(ti)系。
該催化(hua)劑將(jiang)CO2加氫(qing)高(gao)選擇(ze)性(xing)的(de)轉化為(wei)芳烴，CO2單(dan)程(cheng)轉化率(lv)為(wei)14%時，烴類(lei)中(zhong)芳(fang)烴的選(xuan)擇(ze)性(xing)達(da)到(dao)73%至(zhi)78%。研究(jiu)發現CO2加氫(qing)到(dao)芳烴(ting)的關鍵(jian)是串(chuan)聯(lian)催(cui)化劑的(de)有(you)效協(xie)同(tong)。紅外(wai)光譜(pu)、化學(xue)捕獲(huo)等實(shi)驗(yan)表明(ming)CO2和H2在(zai)ZnZrO固(gu)溶體(ti)氧化物上被活(huo)化生(sheng)成(cheng)CHxO中間物(wu)種(zhong)，中間物(wu)種(zhong)從ZnZrO表(biao)面遷移(yi)到(dao)分(fen)子篩孔(kong)道中，進(jin)而(er)完成(cheng)芳烴的生(sheng)成(cheng)。串(chuan)聯(lian)催(cui)化劑之間的(de)協(xie)同(tong)機制(zhi)，以(yi)及(ji)關鍵(jian)中(zhong)間物(wu)種(zhong)CHxO的表(biao)面遷移(yi)實現(xian)了(le)CO2加氫(qing)直(zhi)接到(dao)芳烴(ting)反(fan)應在(zai)熱(re)力學(xue)和動(dong)力學(xue)上的耦合。
研究(jiu)還表(biao)明(ming)，CO2加氫(qing)反(fan)應中(zhong)生(sheng)成(cheng)的H2O對烯烴(ting)的(de)芳構化(hua)有明(ming)顯(xian)的促(cu)進(jin)作(zuo)用(yong)。由於(yu)在(zai)反(fan)應體(ti)系中H2O及(ji)CO2的(de)存(cun)在(zai)，其(qi)提(ti)供了(le)弱氧化氛圍，抑制(zhi)了(le)催化劑上多(duo)環(huan)芳烴的生(sheng)成(cheng)，延長(chang)了(le)催化劑的(de)壽(shou)命(ming)，該催化(hua)劑在(zai)100小時的反(fan)應過程(cheng)中沒有(you)明(ming)顯(xian)失(shi)活。該進(jin)展(zhan)為(wei)CO2轉化拓(tuo)展(zhan)了(le)新的思路(lu)。
該工作(zuo)得(de)到(dao)了(le)國家重(zhong)點研發計劃、國家自(zi)然(ran)科學(xue)基(ji)金以及中(zhong)科院(yuan)戰(zhan)略性先(xian)導(dao)科技專項的(de)資(zi)助。
