近期大連化物所李燦院士團(tuán)隊(duì)二氧化碳加氫制甲醇和低碳烯烴取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果已發(fā)表在Science子刊Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.1701290)和ACS Catalysis (ACS Catal. 2017, 7, 8544-8548)上,。

溫室氣體CO₂的不斷排放使得全球氣候變化,、極端天氣頻發(fā)，已經(jīng)引起全人類(lèi)的關(guān)注,。將CO₂收集儲(chǔ)存的策略面臨儲(chǔ)存空間,、安全和成本的困難，但如果將作為重要的碳資源,。利用太陽(yáng)能等清潔能源制備的H₂實(shí)現(xiàn)CO₂的加氫轉(zhuǎn)化,，是將CO₂資源化利用的一條重要途徑。其中,，將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品如甲醇和低碳烯烴是轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存CO2的一個(gè)理想的策略,。

在最近工作中，李燦院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種不同于傳統(tǒng)金屬催化劑的雙金屬固溶體氧化物催化劑ZnO-ZrO2,，在CO2單程轉(zhuǎn)化率超過(guò)10%時(shí),，甲醇選擇性仍保持在90%左右，是目前同類(lèi)研究中綜合水平最好的結(jié)果,。研究表明,，該催化劑的固溶體結(jié)構(gòu)特征提供了雙活性中心反應(yīng)位點(diǎn)——Zn和Zr，其中H2和CO2分別在Zn位和原子相鄰的Zr位上活化,，在CO2加氫過(guò)程中表現(xiàn)出了協(xié)同作用,，從而可高選擇性地生成甲醇,。原位紅外—質(zhì)譜同位素實(shí)驗(yàn)及DFT理論計(jì)算結(jié)果表明,，表面HCOO*和H3CO*是反應(yīng)主要的活性中間物種,。該工作為CO2加氫制甲醇開(kāi)辟了新途徑,。此外，值得提到的是該催化劑反應(yīng)連續(xù)運(yùn)行500小時(shí)無(wú)失活現(xiàn)象,，還具有極好的耐燒結(jié)穩(wěn)定性和一定的抗硫能力,，表現(xiàn)出了良好的工業(yè)應(yīng)用前景。傳統(tǒng)甲醇合成Cu基催化劑要求原料氣含硫低于0.5ppm,，而該催化劑的抗硫能力無(wú)疑可使原料氣凈化成本大大降低,，在工業(yè)應(yīng)用方面表現(xiàn)出潛在的優(yōu)勢(shì)。以上相關(guān)成果已發(fā)表在Science子刊Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.1701290)上, ,，申報(bào)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)和國(guó)際PCT專(zhuān)利1項(xiàng),。并列第一作者是博士后學(xué)者王集杰博士和李冠娜博士。

低碳烯烴（乙烯,、丙烯,、丁烯）是有機(jī)材料合成的最重要和最基本的化工原料。傳統(tǒng)的合成方法主要是由石腦油裂解和煤經(jīng)甲醇制備,，均需要依賴化石資源（石油和煤）,。因此，利用CO₂轉(zhuǎn)化為具有高附加值的低碳烯烴,，既可以實(shí)現(xiàn)CO₂碳資源化利用,，又可以起到減排CO₂，具有重要的戰(zhàn)略意義,。然而,，CO₂在熱力學(xué)上是比較惰性的分子，實(shí)現(xiàn)CO₂的活化和高選擇性的轉(zhuǎn)化存在較大的困難和挑戰(zhàn),。

在前期工作的基礎(chǔ)上,，近期李燦研究團(tuán)隊(duì)在CO₂催化加氫制備低碳烯烴方面取得新進(jìn)展：ZnZrO固溶體氧化物催化劑與SAPO催化劑串聯(lián)成功實(shí)現(xiàn)了CO₂直接加氫制備低碳烯烴。該催化劑（ZnZrO/SAPO）在接近工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)條件下,，烴類(lèi)中低碳烯烴的選擇性達(dá)到80~90%,，并且具有較好的穩(wěn)定性和抗硫中毒性能。實(shí)現(xiàn)CO₂高效轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的關(guān)鍵是串聯(lián)催化劑體系的構(gòu)建,。紅外光譜和同位素實(shí)驗(yàn)表明CO₂和H₂在ZnZrO固溶體氧化物上活化生成表面CHxO中間物種,，中間物種從ZnZrO表面遷移到分子篩孔道中，進(jìn)而完成碳碳鍵的生成,。串聯(lián)催化劑之間的協(xié)同機(jī)制通過(guò)關(guān)鍵中間物種CHxO的表面遷移實(shí)現(xiàn)了CO₂加氫直接到低碳烯烴反應(yīng)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的耦合。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為CO₂轉(zhuǎn)化拓展了新的思路,，同時(shí)也為低碳烯烴的合成開(kāi)辟了新的路徑,。該研究成果近期發(fā)表在ACS Catalysis (ACS Catal. 2017, 7, 8544-8548)上， 第一作者是博士后學(xué)者李澤龍博士,。

該研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng),、國(guó)家自然科學(xué)基金、大連化物所甲醇轉(zhuǎn)化與煤代油新技術(shù)基礎(chǔ)研究專(zhuān)項(xiàng)以及博士后相關(guān)基金的資助。