近日，大連化物所氫能與先進(jìn)材料研究部碳資源小分子與氫能利用研究組（DNL1905組）孫劍研究員、葛慶杰研究員和位健(第十批會(huì)員)副研究員團(tuán)隊(duì)在二氧化碳（CO2）加氫合成烯烴研究中取得系列新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)分別通過構(gòu)建Co–Fe合金碳化物催化劑體系和NaFeZr–MOR分子篩催化劑體系，實(shí)現(xiàn)了CO2催化加氫過程中低碳烯烴產(chǎn)物的高效合成，并揭示了該過程中催化劑活性位的動(dòng)態(tài)演變歷程和動(dòng)態(tài)限域效應(yīng)。 在“雙碳”目標(biāo)背景下，CO2催化加氫合成燃料和化學(xué)品是CO2資源化利用的重要途徑。烯烴是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，其中低碳烯烴（乙烯、丙烯和丁烯）更是基本的化工原料。傳統(tǒng)的烯烴合成方法主要依賴于化石資源，而CO2催化加氫合成烯烴則是一條綠色環(huán)保的路線。鐵基催化劑在CO2加氫反應(yīng)中對烯烴合成具有較高的選擇性，其成本低廉，但活性較低且烯烴產(chǎn)物分布較寬，限制了其工業(yè)應(yīng)用。因而，如何設(shè)計(jì)更有效的催化CO2加氫合成烯烴的催化劑已成為該領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。 
本系列工作中，團(tuán)隊(duì)通過一系列表征手段系統(tǒng)闡述了Co–Fe雙金屬催化劑在CO2加氫過程中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變歷程，揭示了反應(yīng)過程中形成的χ-(CoxFe1-x)5C2合金碳化物相是該催化劑上烯烴生成的主要活性位；該物相的形成受到催化劑前驅(qū)體中Co/Fe組成和二者親密度的影響，其含量以及合金化程度對于烯烴的高選擇性合成至關(guān)重要；該催化劑可在高空速條件下實(shí)現(xiàn)較高的烯烴時(shí)空收率（1.8 g·gcat-1·h-1）。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還通過設(shè)計(jì)NaFeZr–MOR復(fù)合催化劑，發(fā)現(xiàn)CO2加氫反應(yīng)過程中低碳烯烴產(chǎn)物選擇性隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，其本質(zhì)是由催化劑中ZrO2載體和MOR分子篩的孔道對產(chǎn)物分子的動(dòng)態(tài)限域效應(yīng)引起的；反應(yīng)過程中隨著分子篩孔道內(nèi)輕質(zhì)碳物種向重質(zhì)碳物種的演化，孔道會(huì)逐步縮��；這抑制了C5+等較大烴類分子的擴(kuò)散，而對低碳烴的擴(kuò)散影響較小，從而提升了低碳烯烴選擇性。上述工作對于設(shè)計(jì)CO2加氫高效合成烯烴催化劑提供了新思路，加深了對催化活性位結(jié)構(gòu)演變和限域效應(yīng)的認(rèn)識(shí)。 相關(guān)研究成果分別以“Elucidating the structural evolution of highly efficient Co–Fe bimetallic catalysts for the hydrogenation of CO2 into olefins”和“Dynamic confinement catalysis in Fe-based CO2 hydrogenation to light olefins”為題，先后發(fā)表在《應(yīng)用催化B：環(huán)境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。上述工作的第一作者分別是大連化物所DNL1905組碩士研究生劉娜和王林凱。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、遼寧省興遼英才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。 文章鏈接1 文章鏈接2
| 
