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科学家实现常压下二氧化碳加氢制长链烯烃

来源:科技日报 吴长锋 访问:145 时间:2022-05-16

  记者15日从中国科学技术大学获悉,该校曾杰教授研究团队开发出一种铜—碳化铁界面型催化剂,实现了常压条件下二氧化碳加氢高选择性制备长链烯烃。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

  长链烯烃在精细化工领域具有广泛应用。目前,工业合成长链烯烃的普遍方法是基于乙烯的齐聚反应,而乙烯主要来自石油资源。与之相比,利用可再生能源电解水制氢,再与二氧化碳反应直接制备长链烯烃,则会产生巨大的环境效益。

  过往的研究表明,二氧化碳加氢制备长链烯烃要经历三个步骤:第一步是二氧化碳加氢到一氧化碳,第二步是一氧化碳加氢到甲基和亚甲基,第三步甲基和亚甲基在催化剂表面聚合得到长链化合物,包括烯烃。“难点就在于第三步,甲基和亚甲基的聚合需要足够高的压力,在常压条件下无法产生足够多的甲基和亚甲基,从而难以聚合形成长链产物。”曾杰教授表示,找到一条不依赖于甲基和亚甲基聚合且能够在常压下进行碳链增长的反应路径,成为实现常压下二氧化碳制长链烯烃的关键。

  为此,曾杰团队开发出铜—碳化铁界面型催化剂。研究发现,铜具备一氧化碳的非解离吸附能力,碳化铁能催化生成甲基和亚甲基。在铜和碳化铁的界面处,铜位点吸附的一氧化碳插入到甲基和亚甲基的端基,然后加氢脱水形成新的甲基和亚甲基单元,如此循环往复使碳链增长,最后脱附形成长链烯烃。

  正是由于这种特殊的碳链增长方式,使得该催化剂在常压条件下对长链烯烃的选择性高达66.9%,跟目前文献报道的在高压反应条件下的世界纪录值(66.8%)相当。

  审稿人评价该成果:能在常压下实现二氧化碳加氢制备长链烯烃极具挑战且很有新意。这项工作为开发二氧化碳的高值利用技术提供了一种新方案。

  (原载于《科技日报》 2022-05-16 01版)

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