WeChat ID zkyzswx Intro 传播科学，服务公众。 当减缓气候变化日益成为人类社会共同面临的重大命题，世界各国都在努力探索减少温室气体排放的技术创新。作为主要温室气体的CO2，也是一种自然界大量存在的“碳源”化合物，若能借助太阳能、风能、核能等替代能源电解水制得的氢气，将CO2转化为有用的化学品或燃料，不仅能实现温室气体的减排，而且有助于解决化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题，兼具经济和环境效益。汽油等烃类化合物是重要的运输燃料，在世界范围内应用广泛，具有很高的经济价值。目前，CO2资源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等简单小分子化合物的合成。然而，由于CO2分子的化学惰性，很难将其转化为含有两个碳原子及以上的化合物。 将CO2直接合成高碳的大分子化合物的研究较少，主要是缺乏有效的催化剂体系。现有的催化剂体系效率不高，且甲烷等低附加值副产物选择性偏高，稳定性也不够好。中科院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高研院-上海科技大学低碳能源联合实验室的孙予罕、钟良枢和高鹏团队成功地设计出了金属氧化物/分子筛双功能催化剂，该双功能催化剂可“身兼数职”，省却了中间环节，帮助二氧化碳“一步到位”，直接转化为汽油（见图1）。金属氧化物表面的高度缺陷结构可以让CO2分子变得活泼，使其与氢气反应，形成甲醇等含氧中间体的同时又不会与氢气过度反应，从而降低了副产物甲烷的选择性。另一方面，分子筛的存在让中间体得以直接发生偶联反应得到汽油烃类组分，也就是我们所说的汽油。催化剂的具体效果如何，一组数据可以加以说明：烃类产物中汽油组分（碳数为5~11的烃类化合物）的选择性高达近80%，而副产物甲烷的选择性小于1%。研究还发现，催化剂功能组分的选择以及结构的精准调控，对该过程的效率起着至关重要的作用。 此外，该技术工业化进程中必然要涉及催化剂的放大，工业催化剂不仅要求具有一定化学组成和杂质限度，还要求具有一定形状、颗粒大小、强度、比表面积等，单就尺寸来讲通常是实验室的成千上万倍。如何得到工业要求的颗粒催化剂，同时又能保证原有的催化活性、选择性和寿命，则是该技术走向实际应用过程中需要解决的另一个关键问题。该研发团队已完成了催化剂制备放大并得到高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂，在工业反应条件下其性能与放大前类似且稳定性能良好，因而，该催化剂体系具备了示范应用的条件。 上述结果于6月12日在《自然-化学》（Nature Chemistry）杂志上在线发表。该工作得到了审稿人的高度评价，被认为是CO2转化领域的一大突破，为CO2转化为化学品及燃料提供了重要的平台。 当然，CO2的利用必然要与替代能源相结合，这样才能真正做到CO2的净减排。另外，目前氢气制备成本较高，在氢气资源过剩的局部地区，或者未来大规模使用风能、太阳能等能源廉价电解水产生氢气时，二氧化碳直接制汽油的技术具有广泛的应用前景。 此次在《自然-化学》杂志上发表成果，是该实验室继去年在《自然》杂志上发表合成气直接制烯烃的研究成果后，再次在国际顶级杂志上发表的在低碳转化与利用方面的重要突破，去年的上述成果也入选了上海市2016年十大科技事件。这些成果的陆续产出，也是中科院上海高等研究院与上海科技大学等在深度开展科教融合、着力推进张江综合性国家科学中心建设取得成效的阶段性标志。 图1 基于双功能催化二氧化碳直接制液体燃料 来源：中国科学院上海高等研究院 Reward 长按二维码向我转账 受苹果公司新规定影响，微信 iOS 版的赞赏功能被关闭，可通过二维码转账支持公众号。 Scan QR Code via WeChat to follow Official Account