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二氧化碳一步合成乙醇,我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)有新突破(用二氧化碳合成乙醇)

近日,江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉小浩教授團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的催化劑設(shè)計(jì)策略——通過(guò)結(jié)構(gòu)封裝法,構(gòu)筑雙鈀位點(diǎn)-納米“蓄水”膜反應(yīng)器,實(shí)現(xiàn)了二氧化碳在溫和條件下連續(xù)流一步無(wú)副反應(yīng)高效穩(wěn)定制乙醇

二氧化碳一步合成乙醇,我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)有新突破(用二氧化碳合成乙醇)

相關(guān)研究成果于本月發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)催化期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)·催化》(ACS Catal.2023, 13, 7110-7121)。江南大學(xué)化學(xué)與工程學(xué)院博士研究生陳杰和碩士研究生查雅君為文章的共同第一作者,江南大學(xué)化學(xué)與工程學(xué)院劉小浩教授為文章的通訊作者。

乙醇,俗稱(chēng)酒精,既是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品,又與人們的日常生活息息相關(guān),可用于制造飲料、消毒劑、車(chē)用燃料。同時(shí),乙醇還可以轉(zhuǎn)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(xiàn)“與人爭(zhēng)糧”的局面,煤基乙醇工藝路線(xiàn)復(fù)雜、且制造乙醇過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。

近年來(lái),科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇,比如光催化、電催化、以及間歇釜熱催化。但都無(wú)法實(shí)現(xiàn)可控精準(zhǔn)增碳定向生成乙醇,且易產(chǎn)生大量低價(jià)值的副產(chǎn)物。

此次,研究人員創(chuàng)新性地采用“結(jié)構(gòu)封裝法”精準(zhǔn)構(gòu)筑“雙鈀催化位點(diǎn)”-納米“蓄水”膜反應(yīng)器,合成的催化劑結(jié)構(gòu)類(lèi)似于一個(gè)膠囊,膠囊內(nèi)部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。膠囊的殼層具有高選擇性,疏水修飾后,保證內(nèi)部生成的水富集而產(chǎn)物乙醇可以溢出。其中的水環(huán)境可以穩(wěn)定雙鈀活性位點(diǎn),該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下(3 MPa,240 ℃)二氧化碳近100%選擇性高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為乙醇。

二氧化碳一步合成乙醇,我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)有新突破(用二氧化碳合成乙醇)

劉小浩介紹,該催化劑的合成工藝和催化反應(yīng)路線(xiàn)簡(jiǎn)單,具備大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景。

此外,二氧化碳(CO2)因其強(qiáng)溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候顯著變暖和極端天氣頻繁出現(xiàn),已引起全球各國(guó)高度重視。作為一種碳源,該研究的突破性進(jìn)展奠定了CO2精準(zhǔn)催化增碳的理論基礎(chǔ),為捕捉和利用溫室氣體CO2開(kāi)辟了新的路徑。

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