二氧化碳加氫催化劑研究取得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員孫劍與內(nèi)蒙古大學(xué)劉健教授等合作，發(fā)表了調(diào)控二氧化碳加氫產(chǎn)物選擇性的催化劑設(shè)計(jì)綜述性文章，系統(tǒng)總結(jié)了催化劑活性中心的化學(xué)狀態(tài)、尺寸大小、晶面效應(yīng)等因素對調(diào)控二氧化碳加氫產(chǎn)物選擇性的影響，提出二氧化碳選擇性加氫催化劑的普適性設(shè)計(jì)策略。相關(guān)成果發(fā)表在《自然-合成》。

二氧化碳加氫產(chǎn)物調(diào)控過程。大連化物所供圖

二氧化碳催化加氫可以利用廢棄二氧化碳合成附加值化學(xué)品，包括C₁產(chǎn)物（如一氧化碳、甲烷、甲醇）和C₂₊產(chǎn)物（如烯烴、乙醇、汽油、航油等），具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。然而，由于加氫混合物產(chǎn)物的分離成本較高，因此設(shè)計(jì)高效催化劑提升特定產(chǎn)物選擇性是實(shí)現(xiàn)工藝經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵問題之一。并且二氧化碳加氫反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，且催化劑表面存在多種活性位點(diǎn)，產(chǎn)物的選擇性調(diào)控仍面臨挑戰(zhàn)。

本綜述針對如何理性設(shè)計(jì)催化劑用于調(diào)控二氧化碳加氫產(chǎn)物選擇性這一關(guān)鍵科學(xué)問題，首先歸納總結(jié)了經(jīng)典的二氧化碳加氫合成反應(yīng)路徑，為催化劑的原子尺度設(shè)計(jì)提供啟示，并重點(diǎn)討論了催化劑的理性設(shè)計(jì)原則，包括從催化劑活性中心的化學(xué)狀態(tài)、尺寸大小、晶相效應(yīng)、協(xié)同效應(yīng)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)等角度進(jìn)行催化劑設(shè)計(jì)，用于二氧化碳加氫產(chǎn)物選擇性調(diào)控。

在此基礎(chǔ)上，文章從催化反應(yīng)工程角度闡述了調(diào)控二氧化碳加氫選擇性的方法，探討了該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和展望，為原子尺度上設(shè)計(jì)高效加氫催化劑提供理論指導(dǎo)，助力碳中和發(fā)展。