中科院大连化物所利用CO2制取高值化学品研究取得新进展

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中科院大连化物所利用CO2制取高值化学品研究取得新进展

二氧化碳的应用领域

新催化剂是如何让二氧化碳加氢变汽油的？

二氧化碳合成淀粉大致是什么原理?

一、中科院大连化物所利用CO2制取高值化学品研究取得新进展

近日，中科院大连化物所碳资源小分子与氢能利用研究团队孙剑和葛庆杰等在CO2催化转化领域取得新进展，通过设计一种多助剂共存的铁基催化剂，实现了CO2加氢高选择性制取线性a-烯烃。文章发表在《通讯-化学》上。

化石能源的大量消耗使温室气体CO2的排放量急剧增加，引起全球气候变暖等日益严峻的环境问题。若能利用CO2为原料，将其直接转化为高附加值的化学品，不仅可实现碳减排，还可减轻对煤、石油等传统资源的依赖，具有重要意义。

研究团队在CO2催化转化研究中不断创新，首先解决了CO2加氢直接转化制燃料汽油的技术难关。又首次提出了CO2加氢直接转化为高值化学品线性a-烯烃(LAO)的新路线。线性a-烯烃是一种非常重要且附加值极高的化工原料，被广泛应用于高级润滑油、聚烯烃等生产领域。但该产品的生产长期依赖石油，且市场严重供不应求。

研究人员为了解决日益匮乏的石油资源和充分利用新的资源。研究中通过设计氧化铁和碳化铁共存的铁催化剂，辅以玉米芯中协同共存的多种电子助剂（K、Mg、Ca等）和结构助剂(Si)，突破了二氧化碳加氢C-O键活化和C-C键偶联的技术瓶颈，在温和的反应条件下，大幅提升了烯烃及线性a-烯烃的选择性，CO2单程转化率为31%，烯烃选择性达72%，C4-C17的线性a-烯烃在烯烃(C4+)中的比例突破80%。通过优化多活性位及助剂的空间排布，揭示了线性a-烯烃生成的关键控制机制，且催化剂连续运转保持稳定。该工作为利用CO2制取高值化学品的研究提供了新思路，同时也为间歇性可再生能源的利用开辟了新途径。

一、二氧化碳的应用领域

1、高纯二氧化碳主要用于电子工业，二氧化碳激光器、检测仪器的校正气及配制其它特种混台气，在聚乙烯聚合反应中则用作调节剂。

2、固态二氧化碳广泛用于冷藏奶制品、肉类、冷冻食品和其它转运中易腐败的食品，在许多工业加工中作为冷冻剂，例如粉碎热敏材料、橡胶磨光、金属冷处理、机械零件的收缩装配、真空冷阱等。

3、气态二氧化碳用于碳化软饮料、水处理工艺的pH控制、化学加工、食品保存、化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物生长刺激剂，在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件。

还应用于杀菌气的稀释剂（即用氧化乙烯和二氧化碳的混台气作为杀菌、杀虫剂、熏蒸剂，广泛应用于医疗器具、包装材料、衣类、毛皮、工厂、文物、书籍的熏蒸）。

4、液体二氧化碳用作致冷剂，飞机、导弹和电子部件的低温试验，提高油井采收率，橡胶磨光以及控制化学反应，也可用作灭火剂。

5、超临界状态的二氧化碳可以用作溶解非极性、非离子型和低分子量化合物的溶剂，所以在均相反应中有广泛应用。

扩展资料

二氧化碳气体，大气组成的一部分（占大气总体积的0.03%-0.04%），在自然界中含量丰富，其产生途径主要有以下几种：

①有机物（包括动植物）在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出二氧化碳。

②石油、石腊、煤炭、天然气燃烧过程中，也要释放出二氧化碳。

③石油、煤炭在生产化工产品过程中，也会释放出二氧化碳。

④所有粪便、腐植酸在发酵，熟化的过程中也能释放出二氧化碳。

⑤所有动物在呼吸过程中，都要吸氧气吐出二氧化碳。

二、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。

三、二氧化碳合成淀粉大致是什么原理?

把二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇，再将甲醇转换为三碳，使用三碳合成为六碳，最后聚合成为淀粉。

这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍，向设计自然的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础，也将为未来从二氧化碳合成淀粉开辟了崭新道路，使未来淀粉的工业化生物制造成为可能。

二氧化碳合成淀粉的好处

降低制氢的成本，这也是全球新能源发电企业研发的一个重点：将弃风弃光通过电解水方式得到大量氢，可以储能，发电以及作为化工原料。解水制氢一般都以强碱、强酸或含氧盐溶液作为电解液。

目前商用电解槽法，能耗水平约为4.5~5.5kwh/Nm3H2，能效在72%~82%之间。折算下来，水电解制氢成本相当于30~40元/kg，用电解法生产气态氢的价格比汽油约高65%，如果生产液态氢，则比汽油约高260%以上。