二氧化碳催化加氢合成异构烷烃研究取得新进展

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二氧化碳催化加氢合成异构烷烃研究取得新进展

新催化剂是如何让二氧化碳加氢变汽油的？

中国科学家发现二氧化碳新型催化剂有何意义？

二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸研究获进展，这项突破能运用到哪些地方？

一、二氧化碳催化加氢合成异构烷烃研究取得新进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组孙剑和葛庆杰研究团队在CO2催化加氢合成异构烷烃研究方面取得新进展，相关成果以研究论文形式在美国化学会出版的ACS Catalysis上发表。

以CO2为碳源，与可再生能源电解水产生的H2催化转化为高附加值的烃类化合物，不仅可实现CO2减排，还可解决对化石燃料的过度依赖及可再生能源的存储问题，具有重要的战略意义。精准调控C-O键活化和C-C键偶联是CO2加氢转化中非常具有挑战性的问题，是实现CO2高效转化利用的关键。该团队近年来通过设计多活性位催化剂，已经实现了CO2加氢直接转化制取汽油馏分烃(Nature Communications)、线性a-烯烃(Communications Chemistry)和低碳烯烃(Catalysis Science & Technology)。

在该工作中，位健、姚如伟等通过将Na-Fe3O4和HMCM-22分子筛耦合组成多功能催化剂，实现了逆水汽变换、C-C偶联和异构化三个串联反应的高效协同催化，成功利用CO2和H2一步、高收率地合成了异构烷烃。当CO2单程转化率控制在26%左右时，CO选择性仅为17%，碳氢化合物中C4+烃选择性可达82%，而其中异构烷烃占比高达74%，时空收率可达105 mgiso gcat-1h-1。研究表明，MCM-22分子筛具有的独特孔道结构和Br

nsted酸性质促进了烯烃中间体向异构化反应方向进行，同时抑制了芳构化反应。此外，该研究还对异构烷烃形成历程、分子筛失活原因、积碳形成本质以及分子筛再生方法等进行了探讨。该工作为CO2加氢制取高碳烃催化剂的设计和应用提供了新思路。

上述研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和中科院青促会等的资助。

大连化物所二氧化碳催化加氢合成异构烷烃研究取得新进展

一、新催化剂是如何让二氧化碳加氢变汽油的？

根据报道，中科院大连化学物理研究所孙剑、葛庆杰研究员团队发现了二氧化碳高效转化新过程，并设计了一种新型多功能复合催化剂，首次实现了二氧化碳直接加氢制取高辛烷值汽油，相关过程和催化材料已申报多项发明专利。该研究成果2日发表于学术刊物《自然·通讯》上，被誉为“二氧化碳催化转化领域的突破性进展”。

科学家解释，用二氧化碳作为原料生产汽油是一种潜在的替代化石燃料的清洁能源策略，但二氧化碳的活化与选择性转化是个难题。孙剑说：“相比于更活泼的 孪生兄弟 一氧化碳，二氧化碳分子非常稳定，难以活化，与经典的费托合成路线相比，二氧化碳与氢分子的催化反应更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很难生成长链的液态烃燃料。”

据了解，为了解决这一问题，研究团队设计了一种高效稳定的多功能复合催化剂。孙剑介绍，这种催化剂有三个优势，一是能在接近工业生产的条件下进行转化，有利于大规模生产；二是这种方法生产的汽油排放能满足环保要求，其主要指标苯、芳烃和烯烃基本能满足国Ⅴ标准；三是具有较好的稳定性，可连续稳定运转1000小时以上，显示出潜在的应用前景。

二、中国科学家发现二氧化碳新型催化剂有何意义？

最新一期国际学术期刊《自然·纳米技术》的封面文章，介绍了来自中国的重要成果：新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体高效转化为清洁液体燃料——甲醇。该成果由中国科学技术大学曾杰教授研究团队完成。

二氧化碳是当今最主要的温室气体，也是一种“碳源”，如果能借助科技手段将其“变废为宝”，不仅能缓解碳排放引发的温室效应，还将成为理想的能源补充形式。

据介绍，在这种新型催化剂中，铂以原子级别分散在载体表面，从而实现了最大化的贵金属原子利用率，有效降低了材料成本。实用化贵金属催化剂的负载量一般在5%以上，然而，过去的制备手段合成的单原子催化剂负载量很低，整体催化效率不高。该项工作中，科研人员将其负载量提高到7.5%，大大加快了单原子催化剂从实验室走向工业界的进程。

科研人员还发现，在二氧化碳加氢制甲醇的反应中，两个近邻铂原子的催化活性远高于两个孤立的铂原子的活性之和。针对这种“1+1>2”的现象，他们创造性地提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念，颠覆了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。

三、二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸研究获进展，这项突破能运用到哪些地方？

一、开辟了“新粮食”领域，为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。

继实现二氧化碳变淀粉之后，我国又实现了二氧化碳变葡萄糖和脂肪酸，而转化为葡萄糖则为二氧化碳在“新粮食”领域的应用提供了新的范例，开辟了制备粮食产物新策略，为发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例。 研究人员还表示，“未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不变，更换发酵使用的微生物就能实现。”也就是说，葡萄糖和脂肪酸的产生通过二氧化碳这一原料产生，是粮食制备的一个新的路径，是变废为宝的很好的范例，也是对二氧化碳的新利用的一次成功的范例。

二、二氧化碳转化为新物质能源，正向的缓解了温室效应的问题。

温室气体二氧化碳的废物利用，对二氧化碳的再利用，虽说不能够战胜全球变暖，但是二氧化碳作为温室气体的再利用问题，一直在被研究和探索，这一成果是对二氧化碳的很好的利用方向，如果在未来能够持续稳定发展，则能够很好的利用二氧化碳，实现变废为宝。

三、二氧化碳的充分利用，对缓解资源短缺有很大的助力作用。

能源紧缺问题和一系列的环境问题，使得对新能源的发展尤为关注，而这一成果产生的电力助力绿色化工合成获得越来越多的关注。随着新能源发电的迅速崛起，电力成本下降，电合成技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。 二氧化碳电还原技术使用清洁电能将温室气体二氧化碳转化为高附加值化学品，对缓解资源短缺具有重大意义。

总之这是一个非常振奋人心的成就，能为未来的诸多领域带来多种可能。