二氧化碳轉(zhuǎn)換示意圖。
空氣中常見(jiàn)的二氧化碳，可以直接制成汽油、柴油、液化石油氣嗎？中國(guó)科學(xué)家們給出了肯定的答案。
近日，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨上海高研院—上?？萍即髮W(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在二氧化碳（CO2）利用領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，創(chuàng)造性地采用氧化銦/分子篩雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2一步轉(zhuǎn)化高選擇性得到液體燃料（汽油等高碳烴類(lèi)化合物）。該研究成果于近日在《自然-化學(xué)》雜志上在線發(fā)表，并已申報(bào)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利和國(guó)際PCT專(zhuān)利。
為什么要把CO2變成汽油？
由于能源需求的日益增長(zhǎng)，化石燃料的消耗與CO2排放總量快速上升，而替代能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能等）大規(guī)模使用卻受限于其固有的間歇性、波動(dòng)性與隨機(jī)性。汽油和航空煤油等烴類(lèi)化合物是重要的液體運(yùn)輸燃料，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者奧拉教授提出了“人工碳循環(huán)”的概念，如果借助替代能源將CO2直接轉(zhuǎn)化為液體燃料，可使得整個(gè)碳循環(huán)有效。
因此，科學(xué)家們借助可再生能源電解水制得的氫氣，將CO2轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品或燃料，可一舉三得——幫助解決大氣中CO2濃度增加導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題、化石燃料的過(guò)度依賴(lài)以及可再生能源的存儲(chǔ)問(wèn)題。
目前，CO2資源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷等簡(jiǎn)單碳一（C1）分子化合物的合成，由于CO2分子的化學(xué)惰性以及C–C鍵形成的動(dòng)力學(xué)障礙，將其轉(zhuǎn)化為含有兩個(gè)碳原子及以上的產(chǎn)物，仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏有效的催化劑體系，將CO2直接合成高碳烴類(lèi)化合物的研究較少?，F(xiàn)有的CO2合成高碳烴類(lèi)化合物的研究主要圍繞改性的鐵基費(fèi)托催化劑，副產(chǎn)物甲烷通常大于6%。中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將C=O鍵活化與C–C鍵偶聯(lián)功能有效耦合在一起，成功設(shè)計(jì)出了In2O3/HZSM-5雙功能催化劑，在CO2高選擇性轉(zhuǎn)化為高碳烴方面取得突破。烴類(lèi)產(chǎn)物中，汽油烴類(lèi)組分（C5至C11）的選擇性高達(dá)近80%，而CH4小于1%。此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已完成了催化劑制備放大并得到高機(jī)械強(qiáng)度的工業(yè)尺寸顆粒催化劑，在工業(yè)條件下該催化劑體系具備了示范應(yīng)用的條件。
除了汽油烴類(lèi)組分，通過(guò)調(diào)控該催化劑體系的分子篩孔徑，還可以高選擇性地將CO2直接轉(zhuǎn)化為液化石油氣乃至柴油。
該工作得到了《自然-化學(xué)》審稿人的高度評(píng)價(jià)，被認(rèn)為是CO2轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一大突破，為CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品及燃料提供了重要的平臺(tái)。
