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　　5月18日，從江南大學(xué)傳出消息，該?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院劉小浩教授團隊實(shí)現了二氧化碳(CO?)一步合成乙醇。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)會(huì )·催化》。

 

　　劉小浩團隊經(jīng)過(guò)持續5年攻關(guān)，創(chuàng )新性地采用結構封裝法，精準構筑雙鈀活性位點(diǎn)—納米“蓄水”膜反應器，實(shí)現了二氧化碳在溫和條件下一步近100%選擇性轉化為乙醇。

 

　　乙醇是重要的基礎化學(xué)品，還可轉化為乙烯和下游高價(jià)值化工產(chǎn)品。在乙醇制備方面，工業(yè)上一般采用糧食發(fā)酵法和煤基乙醇技術(shù)。糧食發(fā)酵法制備乙醇不可避免出現“與人爭糧”的局面；煤基乙醇工藝路線(xiàn)復雜，制造過(guò)程中產(chǎn)生大量的二氧化碳。

 

　　近年來(lái)，國際上雖已開(kāi)發(fā)出多種途徑將二氧化碳轉化為乙醇。在連續流固定床反應器中制備乙醇，由于其便捷的物質(zhì)流和能量流管理，更容易實(shí)現工業(yè)應用。文獻雖然已經(jīng)報道了在連續流固定床反應器中合成乙醇，但采用單一催化劑一步合成乙醇，存在選擇性低、容易發(fā)生副反應等問(wèn)題，目前的技術(shù)無(wú)法實(shí)現可控精準增碳定向生成乙醇，易產(chǎn)生大量低價(jià)值的副產(chǎn)物。劉小浩介紹說(shuō)：“因此，我們考慮開(kāi)發(fā)全新的催化體系來(lái)突破這一關(guān)鍵技術(shù)難題。”

 

　　該團隊合成的催化劑結構類(lèi)似于一個(gè)膠囊，其膠囊內部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。據劉小浩介紹，膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，可將反應過(guò)程中生成的水富集在內，使雙鈀催化劑處于富水蒸氣反應環(huán)境，從而解決了催化劑穩定性問(wèn)題；乙醇作為反應產(chǎn)物可持續生成，并通過(guò)擴散離開(kāi)納米膜反應器。

 

　　該催化劑能夠在3兆帕、240℃的溫和條件下，在固定床反應器中二氧化碳加氫連續流一步高效穩定制乙醇。該催化工藝路線(xiàn)簡(jiǎn)單，可在單催化劑單反應器中一步完成，乙醇選擇性接近100%，無(wú)副產(chǎn)物生成，大幅降低了過(guò)程分離能耗。

 

　　據了解，科研團隊基于前期研究基礎，構筑的雙鈀活性位點(diǎn)，具有獨特的幾何和電子結構。其鄰近的鈀位點(diǎn)和富電子特性有利于促進(jìn)中間物種碳—氧鍵解離和隨后的碳—碳偶聯(lián)，從而實(shí)現二氧化碳加氫定向生成單一高價(jià)值產(chǎn)物乙醇。

 

　　劉小浩表示，科研團隊下一步研究重點(diǎn)將圍繞改進(jìn)催化劑制備技術(shù)，在保證乙醇近100%選擇性的前提下，獲得更高的二氧化碳單程轉化率，以及更優(yōu)異的催化劑穩定性。同時(shí)，他們計劃開(kāi)展催化劑規模放大研究，進(jìn)行中試，并盡早將該技術(shù)推向工業(yè)應用，為二氧化碳高價(jià)值利用和實(shí)現國家“雙碳”目標提供技術(shù)支持。

 

　　劉小浩表示，該項工作的突破性進(jìn)展奠定了二氧化碳精準催化增碳的理論基礎，為以溫室氣體二氧化碳為原料定向合成碳二平臺分子，實(shí)現碳二化學(xué)高值化利用開(kāi)辟了新的途徑和方向。