肖建平课题组：合成气选择性制备乙醇机理研究中取得进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组研究员肖建平团队与浙江大学教授肖丰收和研究员王亮团队合作，在合成气一步法制备乙醇的研究中取得新进展。

合成气选择性制备乙醇

　　乙醇是重要的化学品和燃料。通过合成气高效并高选择性地直接制备乙醇是目前能源研究领域的热点。催化剂反应性过强或过弱都会造成副产物选择性过高，因此合成气直接制备乙醇也是难点。深入理解合成气转化的反应机理，对后续提升催化剂的活性和寻找非贵金属催化剂具有重要意义。合成气转化过程中有数十种中间体及过渡态，数千种反应路径，而传统的理论方法不能很好地理解这一过程。基于此，肖建平团队开发了一套反应路径研究和产物选择性分析的新方法，可以将数十种中间体以及过渡态的吸附能简化到两个维度——CO和OH的吸附能，并以此来描述不同催化剂对产物的选择性（如下图的二维反应相图），进而理解和指导催化剂的设计。此方法还能综合热力学和动力学影响自动搜寻生成乙醇的最优反应路径。
　　在合成气转化过程中，如果CO分子和催化剂（如纯Rh、Co催化剂等）结合太强，碳-氧键基本全部打断，进而选择性得到甲烷；如果CO和催化剂（如Cu催化剂）结合太弱，碳-氧键完全不能被打断，所以只能得到甲醇。CO和催化剂之间的结合能力只有在非常小的一个能量窗口时，CO解离之后的中间体(CHx*)和未解离的CO*/CHO*共存，才能有较好的乙醇选择性。理论计算结果表明，CH2*和CO/CHO*中间体的耦合是最关键的步骤，MnOx结构和分子筛提供的限域环境影响了界面处(MnOx附近)的Rh原子的电子结构，使RhMn@S-1催化剂恰巧落在这个区间，最终使CH2*和CO*/CHO*中间物质能大量共存，从而得到较高的乙醇选择性。该工作为设计高选择性合成气制备乙醇的催化剂提供了新思路。
　　相关成果发表在Chem上。该工作得到国家重大研发计划、国家自然科学基金、中科院重点部署项目和辽宁省“兴辽英才计划”等的支持。


       肖建平博士2009-2013年在德国不来梅大学物理和电子工程系攻读博士学位(指导导师：Thomas Frauenheim教授和Thomas Heine教授)，主要从事固体氧化物表面稳定性和反应性的理论研究。2013-2015年在中国科学院大连化学物理研究所进行博士后研究工作(合作导师：包信和 研究员/院士)，主要研究在限域环境下催化反应中的一般性规律和电子结构根源。2015-2017年在美国斯坦福大学进行博士后研究工作(合作导师：Jens K. Nørskov 教授/院士)，主要研究电化学还原二氧化碳得到液体燃料的基本原理和方法。2017年11月回国在浙江西湖高等研究院-理学研究所工作，总共发表学术论文57篇，包括Science, Nature Energy, Nature Communications, PNAS, PRL, JACS, Angew Chem, Chem. Sci.等等。
       肖丰收，出生于1963年1月4日，山东莱州市人，现在为浙江大学化学系教授。他1983和1986年先后在吉林大学化学系获得学士和硕士学位后，又作为联合培养博士生形式1987年去日本北海道大学学习，并于90年获得博士学位。他还于93.9-94.12间在美国加州大学进行博士后研究。 目前，肖丰收教授的主要研究领域有：分子筛催化材料合成与性能；利用双氧水进行催化氧化研究；绿色催化材料与性能；复合催化材料；金属催化与原子簇催化研究；新型催化材料的设计与性能等到。
       王亮　浙江大学，博士，研究员。1986年生，2013年在吉林大学获得理学博士学位，导师为肖丰收教授。主要从事纳米金属催化材料的设计合成及催化研究。针对生物质和碳一分子转化、绿色氧化/氢化反应，通过发展在纳米尺度上调控负载型金属催化材料的形貌、界面和担载位点的方法，构建载体和金属活性位的高效协同，制备高效纳米结构催化材料。在相关国际杂志发表SCI论文52篇，第一/通讯作者33篇，他引逾880次。