中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨上海高研院-上海科技大學(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在二氧化碳利用領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，創(chuàng)造性地采用氧化銦/分子篩(In2O3/HZSM-5)雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳加氫一步轉(zhuǎn)化，得到清潔汽油的選擇性高達(dá)近80%，是目前國際上這一領(lǐng)域最高的。6月12日，相關(guān)研究在線發(fā)表于《自然-化學(xué)》(Nature Chemistry)。
該成果的概念可以追溯到著名諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者Olah提出的“人工碳循環(huán)”——借助替代能源將CO2直接轉(zhuǎn)化為液體燃料可使得整個(gè)碳循環(huán)更加有效。
二氧化碳是最主要的溫室氣體，全球各大經(jīng)濟(jì)體共同正面臨嚴(yán)峻的減排壓力，中國也不例外。同時(shí)，二氧化碳也是一種自然界大量存在的“碳源”化合物，若能借助科技手段“化廢為寶”，不僅能緩解碳排放帶來的環(huán)境問題，還將成為非常理想的能源補(bǔ)充形式。
目前國際上的研究主要集中在將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇、甲烷和一氧化碳等簡單小分子化合物的合成。中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)卻不滿足于此，“將二氧化碳直接合成高碳烴類化合物的研究較少，卻更有價(jià)值。”該實(shí)驗(yàn)室副主任鐘良樞說。
他們從催化劑體系中找到了突破口。針對現(xiàn)有催化劑效率不高而且穩(wěn)定性不好的弊端，孫予罕、鐘良樞和高鵬團(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，在二氧化碳高選擇性(近80%)轉(zhuǎn)化為高碳烴方面取得突破。
“我們先利用氧化銦來活化二氧化碳并進(jìn)行選擇性加氫，再通過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。”鐘良樞向記者介紹了雙功能催化劑一步轉(zhuǎn)化成液體燃料的關(guān)鍵步驟。
同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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價(jià)，被認(rèn)為是二氧化碳轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一大突破，為二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品及燃料提供了重要的平臺(tái)。
多年來，中科院低碳轉(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。2016年，該實(shí)驗(yàn)室在《自然》雜志上發(fā)表合成氣直接制烯烴的研究成果，并入選了上海市2016年十大科技事件。
“科教融合的大團(tuán)隊(duì)通過協(xié)同創(chuàng)新，有助于原創(chuàng)性成果的產(chǎn)出”，中科院上海高等研究院院長助理魏偉表示。
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