孙剑、葛庆杰、位健：通过调控分子筛酸位实现CO2加氢合成轻质芳烃

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近日，我所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组（DNL19T3）孙剑副研究员、葛庆杰研究员、位健副研究员团队在精准调控分子筛Bronsted酸位，促进CO2催化加氢合成轻质芳烃研究方面取得新进展。
　　芳烃，特别是苯、甲苯和二甲苯等轻质芳烃，是应用非常广泛的大宗化学品之一，目前主要通过石油化工路线制备，能耗高且排放大量CO2。以CO2为碳源，通过催化加氢合成高附加值芳烃是一条更加环保的路线，也是解决能源需求和实现碳中和目标的措施之一。近年来CO2加氢合成混合芳烃研究取得了系列进展，但产物多集中于C8以上的重质芳烃，同时由于Bronsted酸位在芳烃合成中扮演的角色非常复杂，利用CO2加氢精准合成更高附加值的轻质（C6–8）芳烃极具挑战。

　　该团队在前期工作（Nat. Commun., 2017；ACS Catal., 2018；ACS Catal., 2020）基础上，通过制备一系列具有不同Bronsted酸性质的ZSM-5分子筛与NaFe基催化剂组成复合催化剂，探索了CO2加氢反应中分子筛Bronsted酸位在芳烃合成及积碳形成中的作用。研究发现，Bronsted酸位是芳构化的主要活性位，提高Bronsted酸密度可以显著提高芳烃特别是轻质芳烃选择性。通过化学液相沉积法对分子筛硅烷化处理，可将外表面Bronsted酸位钝化，进而抑制轻质芳烃烷基化和二甲苯异构化反应，使轻质芳烃在芳烃中占比可达75%，这是同类文献报道最高值。同时，对二甲苯（PX）在二甲苯中占比可达72%。但是过高的Bronsted酸量（>154μmol/g）会加速高缩合度和难氧化的积碳形成，降低催化剂寿命。本研究丰富了对芳烃合成过程的认识和理解，为CO2加氢合成轻质芳烃提出了新思路。
　　相关研究工作于近日发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。上述工作得到了国家自然科学基金、中科院“变革性洁净能源关键技术与示范”A类先导专项、中科院青促会和辽宁省“兴辽英才”计划等项目的资助。（文/图 位健、姚如伟）


      文章来源：大连化物所
      葛庆杰, 博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1993年毕业于郑州大学化学系, 1998年获中科院兰州化物所博士学位, 1998-2000年大连化物所博士后, 出站后留所工作, 期间于2000-2001年在法国斯特拉斯堡路易－巴斯德大学做访问学者、博士后研究。2005年-2008年, 日本北九州市立大学环境工学部特任研究员、特任教授，同时受聘于日本气体合成公司主任研究员。2008年作为大连化物所“百人计划”回所工作, 担任烃类选择氧化课题组副组长、创新特区组组长，主要进行与合成气中枢相关的催化新过程和新材料的研究与开发。