近期，安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授團隊與日本富山大學(xué)椿范立團隊合作，研制出新型“金屬氧化物-分子篩”復(fù)合催化劑，基于多步串聯(lián)催化過程，成功實現(xiàn)以二氧化碳和氫氣為原料直接合成對二甲苯，并創(chuàng)下單程時空收率的世界紀(jì)錄。北京時間6月10日，國際學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會志》發(fā)表了這項成果。

對二甲苯是生產(chǎn)聚酯纖維等化工產(chǎn)品的關(guān)鍵原料。當(dāng)前，工業(yè)合成對二甲苯的普遍方法是基于重油的催化重整反應(yīng)，每生產(chǎn)1噸對二甲苯約消耗4噸石油，同時排放出約3噸二氧化碳。

利用可再生能源電解水制氫，再與二氧化碳反應(yīng)直接制備對二甲苯，有望在實現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的資源化利用的同時，為傳統(tǒng)高能耗、高排放的生產(chǎn)工藝提供替代方案。

據(jù)了解，研究團隊研發(fā)的復(fù)合催化劑主要由兩個模塊組成。其中，金屬氧化物模塊負責(zé)催化二氧化碳加氫得到短鏈烯烴，分子篩模塊則負責(zé)催化短鏈烯烴的聚合、環(huán)化和芳構(gòu)化過程，最終產(chǎn)生對二甲苯。為提升對二甲苯的選擇性，研究團隊對分子篩模塊進行了“膠囊化”的精細設(shè)計。其內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)能有效促進中間體的傳質(zhì)過程。同時，分子篩孔徑與對二甲苯分子大小相匹配，可以特異性促進對二甲苯產(chǎn)物由內(nèi)到外的擴散過程。

此外，研究團隊還對“膠囊”的外表面進行了鈍化處理，避免產(chǎn)出的對二甲苯進一步發(fā)生異構(gòu)化和烷基化等副反應(yīng)。基于這一獨特設(shè)計，研究團隊將對二甲苯的單程時空收率提升至一個新高度，使用1000克復(fù)合催化劑持續(xù)工作一天即可獲得1000.8克對二甲苯，遠超現(xiàn)有科技文獻記載的性能水平。

研究人員表示，他們提出的復(fù)合催化劑設(shè)計思路還有望拓展到其他二氧化碳加氫反應(yīng)體系中，進而實現(xiàn)對高附加值產(chǎn)物碳鏈長度、分子尺寸的“量身定制”。

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