記者15日從中國科學技術大學獲悉，該校曾杰教授研究團隊開發出一種銅—碳化鐵界面型催化劑，實現了常壓條件下二氧化碳加氫高選擇性制備長鏈烯烴。相關成果日前發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
長鏈烯烴在精細化工領域具有廣泛應用。目前，工業合成長鏈烯烴的普遍方法是基于乙烯的齊聚反應，而乙烯主要來自石油資源。與之相比，利用可再生能源電解水制氫，再與二氧化碳反應直接制備長鏈烯烴，則會產生巨大的環境效益。
過往的研究表明，二氧化碳加氫制備長鏈烯烴要經歷三個步驟：第一步是二氧化碳加氫到一氧化碳，第二步是一氧化碳加氫到甲基和亞甲基，第三步甲基和亞甲基在催化劑表面聚合得到長鏈化合物，包括烯烴。“難點就在于第三步，甲基和亞甲基的聚合需要足夠高的壓力，在常壓條件下無法產生足夠多的甲基和亞甲基，從而難以聚合形成長鏈產物。”曾杰教授表示，找到一條不依賴于甲基和亞甲基聚合且能夠在常壓下進行碳鏈增長的反應路徑，成為實現常壓下二氧化碳制長鏈烯烴的關鍵。
為此，曾杰團隊開發出銅—碳化鐵界面型催化劑。研究發現，銅具備一氧化碳的非解離吸附能力，碳化鐵能催化生成甲基和亞甲基。在銅和碳化鐵的界面處，銅位點吸附的一氧化碳插入到甲基和亞甲基的端基，然后加氫脫水形成新的甲基和亞甲基單元，如此循環往復使碳鏈增長，最后脫附形成長鏈烯烴。
正是由于這種特殊的碳鏈增長方式，使得該催化劑在常壓條件下對長鏈烯烴的選擇性高達66.9%，跟目前文獻報道的在高壓反應條件下的世界紀錄值(66.8%)相當。
審稿人評價該成果：能在常壓下實現二氧化碳加氫制備長鏈烯烴極具挑戰且很有新意。這項工作為開發二氧化碳的高值利用技術提供了一種新方案。(記者吳長鋒)
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