中科大研究團隊實現常壓下二氧化碳加氫高選擇性制長鏈烯烴

 近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心和化學物理系曾杰教授研究團隊設計構筑了銅-碳化鐵界面型催化劑，實現了常壓下二氧化碳加氫高選擇性制備長鏈烯烴。

長鏈烯烴在精細化工領域具有廣泛的應用，例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤滑油、農藥、增塑劑等。目前合成長鏈烯烴的主要途徑是依賴于石油化工工業的烯烴聚合。如果利用可再生能源電解水制氫，再與溫室氣體二氧化碳反應直接制備長鏈烯烴，則會有巨大的環境效益。由于電解水設備規模小、布局分散，為了直接對接電解水制氫，需要使二氧化碳加氫反應在常壓下進行。然而，目前二氧化碳加氫制備長鏈烯烴多在高壓反應條件下進行。因此，實現二氧化碳常壓加氫制備長鏈烯烴仍然是一個巨大的挑戰。

二氧化碳加氫制備烯烴主要通過甲醇中間體和一氧化碳中間體路徑。由于低壓既不利于甲醇合成反應也不利于甲醇制烴反應，研究團隊選擇了一氧化碳中間體路徑。該路徑的挑戰在于在常壓下設計合適的費托合成活性位點。借鑒用于合成醇的改性費托催化劑的設計思路，研究人員在鐵基催化劑的基礎上引入具有一氧化碳非解離吸附能力的銅位點，制備了具有銅-碳化鐵界面在常壓下工作的銅-鐵催化劑，該催化劑包含金屬銅、四氧化三鐵和碳化鐵等多種物相。

研究結果表明，該催化劑對長鏈烯烴選擇性高達66.9%，同時二氧化碳轉化率為27.3%，一氧化碳選擇性為43.7%。對比于傳統鐵基催化劑，該催化劑對一氧化碳和甲烷的選擇性更低，對長鏈烯烴的選擇性更。研究人員發現，該催化劑經過長時間反應后長鏈烯烴選擇性會下降，但經過簡單的再生處理即可使其長鏈烯烴選擇性恢復。

這項研究結果揭示了二氧化碳加氫反應過程中的碳碳鍵偶聯機制，也為二氧化碳加氫制長鏈烯烴催化劑的設計提供了思路。