【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所化石能源與應(yīng)用催化研究部低碳烴綜合利用及沸石催化材料研究組(DNL0804組)朱向?qū)W研究員和徐龍伢研究員團(tuán)隊受邀發(fā)表了“負(fù)載型多相金屬催化劑用于CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應(yīng)”綜述文章。
 

　　CO2輔助低碳烷烴脫氫技術(shù)不僅可以生產(chǎn)大宗化學(xué)品低碳烯烴，還能實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用，并副產(chǎn)CO、H2等基礎(chǔ)化工原料。在“雙碳”目標(biāo)背景下，該技術(shù)及催化劑的研發(fā)具有尤為重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
 

　　近年來，CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應(yīng)的催化技術(shù)取得顯著進(jìn)展，各類金屬基催化劑因其獨(dú)特性質(zhì)展現(xiàn)出不同的催化性能。本文綜述了從貴金屬到過渡金屬以及金屬氧化物、從單一金屬到雙金屬以及多金屬的高熵合金體系在CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應(yīng)中的最新研究成果。文章揭示了活性金屬類型、活性位點(diǎn)化學(xué)價態(tài)和配位環(huán)境、助劑以及載體的功能作用；系統(tǒng)歸納了CO2在低碳烷烴脫氫反應(yīng)中發(fā)揮的消除積碳、補(bǔ)充晶格氧以及穩(wěn)定金屬價態(tài)等積極作用；概述分析了引入CO2帶來的競爭吸附、重整副反應(yīng)以及產(chǎn)物分離能耗增加等不利因素；詳細(xì)探討了不同活性位點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)及其在低碳烷烴和CO2活化中的協(xié)同作用機(jī)制，并提出了可能的催化性能提升改進(jìn)策略。文章提出，高效氧化脫氫催化劑的構(gòu)筑需要同時滿足C–H鍵和C=O鍵的活化，未來多功能位點(diǎn)的精準(zhǔn)調(diào)控與活性位點(diǎn)動力學(xué)行為的原位解析，將為CO2耦合低碳烷烴脫氫多相金屬催化劑的發(fā)展提供更多的可行性方案。
 

　　該團(tuán)隊長期致力于烴類(及含氧化合物)催化轉(zhuǎn)化和關(guān)鍵化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，相關(guān)成果已成功應(yīng)用于30余套工業(yè)裝置。尤其，近年來團(tuán)隊開發(fā)的“乙烷-CO2耦合轉(zhuǎn)化高效催化劑及技術(shù)”，已完成千噸級/年工業(yè)化試驗(yàn)，通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。近期，團(tuán)隊圍繞低碳烷烴與CO2耦合轉(zhuǎn)化反應(yīng)開展了系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)了乙烷-CO2耦合轉(zhuǎn)化反應(yīng)中高穩(wěn)定性Fe/Co基催化劑的構(gòu)筑(ACS Catal.，2024；ACS Catal.，2023；J. Catal.，2023)；揭示了雙金屬活性位點(diǎn)在丙烷-CO2耦合轉(zhuǎn)化反應(yīng)中協(xié)同作用機(jī)制(ACS Catal.，2023；ChemCatChem，2022；ACS Sustain. Chem. Eng.，2021)；探究了丁烷-CO2耦合轉(zhuǎn)化反應(yīng)中Fe基活性相的結(jié)構(gòu)演變與失活機(jī)制(Chem. Eng. J.，2023；ACS Catal.，2022)。
 

　　該綜述文章以“CO2-assisted oxidation dehydrogenation of light alkanes over metal-based heterogeneous catalysts”為題，發(fā)表在《催化學(xué)報》(Chinese Journal of Catalysis)上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院“西部之光-西部交叉團(tuán)隊”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)、大連市重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊等項(xiàng)目的資助。(文/圖 李秀杰、張新寶)