二氧化碳加氢双功能催化材料调控研究获进展

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近日，中国科学院广州能源研究所（以下简称广州能源所）生物质能生化转化研究室特别研究助理邢世友联合荷兰乌特勒支大学教授Bert Weckhuysen团队合作，在二氧化碳加氢双功能催化材料调控研究方在取得重要进展。相关研究发表于美国化学会旗舰期刊JACS Au，并被选为封面文章。

当期期刊封面。研究团队 供图

据悉，通过非均相热催化，利用可再生绿氢对CO2进行转化，有望为温室气体去路提供新路径，同时可以为非化石来源的化学品和燃料合成提供全新方案。鉴于各行各业，特别是航空业，对碳氢燃料的需求与日俱增，通过CO2加氢直接实现碳碳偶联具有重大意义。

已有的研究提出，利用双功能催化材料如In2O3/H-ZSM-5可实现高效碳碳偶联，即先在金属氧化物In2O3上将CO2转化为甲醇，所得的甲醇再转移至酸性分子筛上进行偶联转化为烃。该过程打破了费托合成过程中的Anderson–Schulz–Flory（ASF）限制，在调控烃类产物选择性方面展现出较大潜力。

在该双功能催化过程中，缩短双功能组分距离可促进反应中间体转移，从而显著提高碳碳偶联性能。然而，粉末混合的铟基材料容易丧失碳碳偶联活性，这可能是由于在反应过程铟物种迁移至沸石分子筛内，中和毒化了沸石B酸位点；同时铟物种的迁移导致氧化铟表面氧空位活性位点发生重构，导致失活；此外，长时间甲醇转化形成的沸石积碳是该双功能催化体系的另一个潜在失活因素。

该研究报道了一种简单的方法来克服上述3个难题：一是在H-ZSM-5沸石晶体外原位生长一层硅沸石Silicalite-1（S-1）壳层，从而抑制了铟的迁移，保持了H-ZSM-5的酸性；二是阻止In2O3表面过度还原；三是通过抑制甲醇-烃转化中的芳烃循环来提高催化剂寿命。因此，本方法可以恢复在纳米尺度（粉末混合）下C2+烃的合成活性。此外，在微米尺度（颗粒混合）下，与无S-1壳层的催化剂相比，含有S-1壳层催化剂的性能更高。

该研究发展了一种有效的屏蔽策略，为提升CO2加氢双功能材料的催化性能及稳定性提供了创新方案。