二氧化碳加氫制備化學(xué)品是一種二氧化碳資源化利用的有效途徑。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾杰研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(zhǎng)鏈烯烴。相關(guān)成果日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》。
長(zhǎng)鏈烯烴在精細(xì)化工領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤(rùn)滑油、農(nóng)藥、增塑劑等。目前，工業(yè)合成長(zhǎng)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(lái)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(yīng)直接制備長(zhǎng)鏈烯烴，則會(huì)產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。
“電解制氫裝置在常壓條件下就可以工作，相應(yīng)的，我們就需要開(kāi)發(fā)出同樣能夠在常壓條件下進(jìn)行二氧化碳加氫制長(zhǎng)鏈烯烴的技術(shù)，以匹配電解產(chǎn)生的常壓氫氣，從而進(jìn)行靈活的分布式串聯(lián)生產(chǎn)。”曾杰說(shuō)。
然而，目前二氧化碳加氫制備長(zhǎng)鏈烯烴多在高壓反應(yīng)條件下進(jìn)行。并且根據(jù)勒夏特列原理，降低壓力不利于長(zhǎng)鏈烯烴這種液相產(chǎn)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(chǎn)物。
過(guò)往的研究表明，二氧化碳加氫制備長(zhǎng)鏈烯烴要經(jīng)歷三個(gè)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(tǒng)稱(chēng)為CHx*），第三步CHx*在催化劑表面聚合得到長(zhǎng)鏈化合物，包括烯烴。
“難點(diǎn)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(wú)法產(chǎn)生足夠多的CHx*，從而難以聚合形成長(zhǎng)鏈產(chǎn)物。”曾杰坦言。
因此，找到一條不依賴(lài)于CHx*聚合且能夠在常壓下進(jìn)行碳鏈增長(zhǎng)的反應(yīng)路徑，成為實(shí)現(xiàn)常壓下二氧化碳制長(zhǎng)鏈烯烴的關(guān)鍵。
為此，曾杰團(tuán)隊(duì)開(kāi)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CHx*。在銅和碳化鐵的界面處，銅位點(diǎn)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(huán)往復(fù)使碳鏈增長(zhǎng)，最后脫附形成長(zhǎng)鏈烯烴。
正是由于這種特殊的碳鏈增長(zhǎng)方式，使得該催化劑在常壓條件下對(duì)長(zhǎng)鏈烯烴的選擇性高達(dá)66.9%，甚至跟目前文獻(xiàn)報(bào)道的在高壓反應(yīng)條件下的世界紀(jì)錄值（66.8%）相當(dāng)。
審稿人認(rèn)為，“能在常壓下實(shí)現(xiàn)二氧化碳加氫制備長(zhǎng)鏈烯烴極具挑戰(zhàn)且很有新意。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)二氧化碳的高值利用技術(shù)提供了一種新方案。”
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
