二氧化碳“變”汽油！中國(guó)科學(xué)家取得重大突破

《光明日?qǐng)?bào)》5月4日?qǐng)?bào)道，從中國(guó)科學(xué)院獲悉，中科院大連化學(xué)物理研究所孫劍、葛慶杰研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了CO2高效轉(zhuǎn)化新過(guò)程，并設(shè)計(jì)了一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能復(fù)合催化劑，首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳（CO2）直接加氫制取高辛烷值汽油，相關(guān)過(guò)程和催化材料已申報(bào)多項(xiàng)發(fā)明專利。

該研究成果2日發(fā)表于英國(guó)學(xué)術(shù)刊物《自然通訊》雜志上，被譽(yù)為“CO2催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”。

二氧化碳加氫“變”汽油

《自然通訊》是全球排名第三的多學(xué)科類期刊，僅次于《自然》和《科學(xué)》。該刊2010年創(chuàng)刊時(shí)為混合型期刊，出版開放獲取及訂閱形式的論文，每月收到的投稿約1500篇。該刊發(fā)表的所有科學(xué)研究都代表著某一領(lǐng)域具有重要意義的研究進(jìn)展，這涵蓋生物學(xué)、物理、化學(xué)和地球科學(xué)等學(xué)科。

難題：CO2的活化與選擇性轉(zhuǎn)化

在自然界中，植物從空氣中吸收CO2，經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和氧氣，該過(guò)程緩慢，所以一直以來(lái)化學(xué)家們努力想通過(guò)化學(xué)方式回收利用CO2。

如果以CO2作為原料生產(chǎn)汽油，將是一種潛在替代化石燃料的清潔能源策略，不僅可有效降低CO2造成的溫室效應(yīng)，還可減輕對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴。

資料圖

科學(xué)家解釋，用CO2作為原料生產(chǎn)汽油是一種潛在的替代化石燃料的清潔能源策略，但CO2的活化與選擇性轉(zhuǎn)化是個(gè)難題。

孫劍說(shuō)：“相比于更活潑的‘孿生兄弟’一氧化碳，二氧化碳分子非常穩(wěn)定，難以活化，與經(jīng)典的費(fèi)托合成路線相比，CO2與氫分子的催化反應(yīng)更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很難生成長(zhǎng)鏈的液態(tài)烴燃料。”

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

據(jù)科學(xué)網(wǎng)5月3日?qǐng)?bào)道，為了解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種高效穩(wěn)定的Na-Fe3O4/HZSM-5多功能復(fù)合催化劑。

孫劍介紹，這種催化劑有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：

一是，在接近工業(yè)生產(chǎn)的條件下，該催化劑實(shí)現(xiàn)了甲烷和一氧化碳的低選擇性，烴類產(chǎn)物中汽油餾分烴（C5-C11）的選擇性達(dá)到78%，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；

二是，這種方法生產(chǎn)的汽油排放能滿足環(huán)保要求，汽油餾分主要為高辛烷值的異構(gòu)烷烴和芳烴，基本滿足國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)對(duì)苯、芳烴和烯烴的組成要求；

三是，該催化劑還具有較好的穩(wěn)定性，可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)以上，顯示出潛在的應(yīng)用前景。

此外，對(duì)CO2直接轉(zhuǎn)化制取汽油的反應(yīng)途徑研究表明，對(duì)多活性位結(jié)構(gòu)及其親密性效應(yīng)（proximity effect）的精準(zhǔn)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)CO2加氫制汽油的關(guān)鍵。

該技術(shù)不僅為CO2加氫制液體燃料的研究拓展了新思路，還為間歇性可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等）的利用提供了新途徑。