我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)常壓下二氧化碳加氫制長鏈烯烴

    15日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾杰教授研究團(tuán)隊開發(fā)出一種銅—碳化鐵界面型催化劑，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下二氧化碳加氫高選擇性制備長鏈烯烴。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

 

    長鏈烯烴在精細(xì)化工領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前，工業(yè)合成長鏈烯烴的普遍方法是基于乙烯的齊聚反應(yīng)，而乙烯主要來自石油資源。與之相比，利用可再生能源電解水制氫，再與二氧化碳反應(yīng)直接制備長鏈烯烴，則會產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。

    過往的研究表明，二氧化碳加氫制備長鏈烯烴要經(jīng)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，第三步甲基和亞甲基在催化劑表面聚合得到長鏈化合物，包括烯烴。“難點(diǎn)就在于第三步，甲基和亞甲基的聚合需要足夠高的壓力，在常壓條件下無法產(chǎn)生足夠多的甲基和亞甲基，從而難以聚合形成長鏈產(chǎn)物。”曾杰教授表示，找到一條不依賴于甲基和亞甲基聚合且能夠在常壓下進(jìn)行碳鏈增長的反應(yīng)路徑，成為實(shí)現(xiàn)常壓下二氧化碳制長鏈烯烴的關(guān)鍵。

 

    為此，曾杰團(tuán)隊開發(fā)出銅—碳化鐵界面型催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，銅具備一氧化碳的非解離吸附能力，碳化鐵能催化生成甲基和亞甲基。在銅和碳化鐵的界面處，銅位點(diǎn)吸附的一氧化碳插入到甲基和亞甲基的端基，然后加氫脫水形成新的甲基和亞甲基單元，如此循環(huán)往復(fù)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(dá)66.9%，跟目前文獻(xiàn)報道的在高壓反應(yīng)條件下的世界紀(jì)錄值（66.8%）相當(dāng)。

 

    審稿人評價該成果：能在常壓下實(shí)現(xiàn)二氧化碳加氫制備長鏈烯烴極具挑戰(zhàn)且很有新意。這項工作為開發(fā)二氧化碳的高值利用技術(shù)提供了一種新方案。