央廣網合肥5月12日消息(記者 張宣劍)二氧化碳加氫制備化學品是一種二氧化碳資源化利用的有效途徑。近日,中國科學技術大學教授曾杰研究團隊開發出一種銅-碳化鐵界面型催化劑,實現了常壓條件下二氧化碳加氫高選擇性制備長鏈烯烴。相關成果日前發表于國際學術期刊《自然-通訊》。

長鏈烯烴在精細化工領域具有廣泛應用,例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤滑油、農藥、增塑劑等。目前,工業合成長鏈烯烴的普遍方法是基于乙烯的齊聚反應,而乙烯主要來自于石油資源。

與之相比,利用可再生能源電解水制氫,再與二氧化碳反應直接制備長鏈烯烴,則會產生巨大的環境效益。

“電解制氫裝置在常壓條件下就可以工作,相應的,我們就需要開發出同樣能夠在常壓條件下進行二氧化碳加氫制長鏈烯烴的技術,以匹配電解產生的常壓氫氣,從而進行靈活的分布式串聯生產!痹苷f。

然而,目前二氧化碳加氫制備長鏈烯烴多在高壓反應條件下進行。并且根據勒夏特列原理,降低壓力不利于長鏈烯烴這種液相產物的形成,而是更傾向于生成一氧化碳、甲烷、乙烷等短鏈氣相產物。

過往的研究表明,二氧化碳加氫制備長鏈烯烴要經歷三個步驟:第一步是二氧化碳加氫到一氧化碳,第二步是一氧化碳加氫到甲基和亞甲基(以下統稱為CHx*),第三步CHx*在催化劑表面聚合得到長鏈化合物,包括烯烴。

“難點就在于第三步,CHx*的聚合需要足夠高的壓力,在常壓條件下無法產生足夠多的CHx*,從而難以聚合形成長鏈產物!痹芴寡。

因此,找到一條不依賴于CHx*聚合且能夠在常壓下進行碳鏈增長的反應路徑,成為實現常壓下二氧化碳制長鏈烯烴的關鍵。

為此,曾杰團隊開發出銅-碳化鐵界面型催化劑。研究發現,銅具備一氧化碳的非解離吸附能力,碳化鐵能催化生成CHx*。在銅和碳化鐵的界面處,銅位點吸附的一氧化碳插入到CHx*的端基,然后加氫脫水形成新的CHx*單元,如此循環往復使碳鏈增長,最后脫附形成長鏈烯烴。

正是由于這種特殊的碳鏈增長方式,使得該催化劑在常壓條件下對長鏈烯烴的選擇性高達66.9%,甚至跟目前文獻報道的在高壓反應條件下的世界紀錄值(66.8%)相當。

審稿人認為,“能在常壓下實現二氧化碳加氫制備長鏈烯烴極具挑戰且很有新意。這項工作為開發二氧化碳的高值利用技術提供了一種新方案。

編輯:徐鵬
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