大連化物所二氧化碳加氫製芳烴研究取得新進展

據中國科學院報道：中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室中科院院士李燦、博士李澤龍、博士生曲圓直等人在CO2催化加氫製備芳烴研究方麵取得新進展：通過串聯式催化劑體係直接將CO2高選擇性地轉化為芳烴。近日，該研究成果在《焦耳》（Joule）上發表。

李燦團隊長期致力於太陽能光催化
、光電催化、電催化分解水製氫和CO2轉化工作。利用清潔能源製氫將CO2轉化為燃料及化學品，是實現CO2jianpaihetanziyuankechixuliyongdezhongyaocelve。fangtingshiyoujicailiaohechengzhongzhongyaodejibenhuagongyuanliaozhiyi，liyongfangtingkeyihechengzhongduodejuhewucailiao，lirujubenyixi、苯酚樹脂、尼龍
，以及聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂等。傳統芳烴的合成方法主要是石腦油的裂解和近年來發展的基於煤製甲醇的甲醇製芳烴（MTA）路徑

，均需要依賴化石資源（石油和煤）。因此
，利用可再生能源的氫將CO2轉化為具有高附加值的芳烴
，使CO2以聚合物材料的形式儲存下來，既可以實現CO2碳資源化利用，又可以起到減排CO2作用
，具有重要的戰略意義。然而，CO2在熱力學上是惰性的分子
，實現CO2的活化和高選擇性的轉化存在較大的困難和挑戰。

在該工作中，李燦團隊基於CO2在ZnZrO固溶體上加氫製備甲醇（Science Advances 2017）的研究，以及CO2在ZnZrO/SAPO串聯體係上加氫製備低碳烯烴（ACS Catal. 2017）的研究基礎上，進一步構建了ZnZrO/ZSM-5串聯催化劑體係。該催化劑將CO2加氫高選擇性地轉化為芳烴
，CO2單程轉化率為14%時
，烴類中芳烴的選擇性達到73%至78%，而CO的選擇性可壓低到44%。研究發現CO2加氫到芳烴的關鍵是串聯催化劑的有效協同。紅外光譜、化學捕獲，以及實驗表明CO2和H2在ZnZrO固溶體氧化物上被活化生成CHxO中間物種，中間物種從ZnZrO表麵遷移到分子篩孔道中
，進而完成芳烴的生成。串聯催化劑之間的協同機製，以及關鍵中間物種CHxO的表麵遷移實現了CO2加氫直接到芳烴反應在熱力學和動力學上的耦合。CO2加氫反應中生成的適量H2O通過抑製低碳烯烴在分子篩中弱酸位的吸附，對烯烴的芳構化有明顯的促進作用。由於在反應體係中H2O及CO2的存在
，其提供了弱氧化氛圍
，抑製了催化劑上多環芳烴的生成
，延長了催化劑的壽命，該催化劑在100小時的反應過程中沒有出現明顯的失活。該技術為CO2轉化拓展了新的思路。

該工作得到國家重點研發計劃
、國家自然科學基金以及中科院戰略性先導科技專項的資助。