我國(guó)二氧化碳直接制液體燃料研究獲突破

近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在二氧化碳(CO2)利用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，創(chuàng)造性地采用氧化銦/分子篩(In2O3/HZS-M-5)雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2加氫一步轉(zhuǎn)化高選擇性得到液體燃料。該研究成果于2017年6月12日在《自然·化學(xué)》(Nature Chemistry)雜志上在線發(fā)表，并已申報(bào)中國(guó)發(fā)明專利和國(guó)際PCT專利。

多年來(lái)，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在CO2高效活化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域做了大量的研究工作并取得了系列研究成果。新型高效的CO2加氫合成甲醇催化劑于2016年完成了1200h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的單管試驗(yàn)以及10～30萬(wàn)t/a二氧化碳甲醇技術(shù)工藝包的編制，后續(xù)將與企業(yè)合作開展千噸級(jí)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。

近期，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又在CO2直接合成高碳烴類化合物方面取得了突破性進(jìn)展。將CO2直接合成高碳烴類化合物的研究較少，主要是缺乏有效的催化劑體系。現(xiàn)有的CO2合成高碳烴類化合物的研究主要圍繞改性的鐵基費(fèi)托催化劑，但效率不高且穩(wěn)定性不好。

研究團(tuán)隊(duì)成功地設(shè)計(jì)出了金屬氧化物/分子篩雙功能催化劑，在CO2高選擇性轉(zhuǎn)化為高碳烴方面取得突破。烴類產(chǎn)物中汽油烴類組分(碳數(shù)為5～11的烴類化合物)的選擇性高達(dá)近80%，而副產(chǎn)物甲烷的選擇性小于1%，汽油烴類組分以高辛烷值的異構(gòu)烴為主。雙功能催化劑是利用氧化銦表面的高度缺陷結(jié)構(gòu)來(lái)活化CO2并進(jìn)行選擇性加氫，在實(shí)現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化為含氧中間體的同時(shí)可有效抑制副產(chǎn)物的生成，中間體傳遞至分子篩籠中，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)得到汽油烴類組分。研究還發(fā)現(xiàn)，雙活性位的精準(zhǔn)控制對(duì)汽油烴類組分的生成起著至關(guān)重要的作用。

此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已完成了催化劑制備放大并得到高機(jī)械強(qiáng)度的工業(yè)尺寸顆粒催化劑，在工業(yè)條件下該催化劑體系具備了示范應(yīng)用的條件。

該工作得到了審稿人的高度評(píng)價(jià)，被認(rèn)為是CO2轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一大突破，為CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品及燃料提供了重要的平臺(tái)。

目前，CO2資源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等簡(jiǎn)單小分子化合物的合成，然而，由于CO2分子的化學(xué)惰性，很難將其轉(zhuǎn)化為含有兩個(gè)碳原子及以上的化合物。