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隨著人類對化石能源的大量使用，全球變暖正在逐漸成為關(guān)乎人類生存的不可忽視的重要課題。在碳中和背景下，一些科學(xué)家認(rèn)為，二氧化碳作為溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝貏e是水泥制造、啤酒廠和燃料加工設(shè)施釋放的高純度二氧化碳，有期望可以被視為合成目前原本由化石資源所生產(chǎn)的化學(xué)品的替代品和候選者。

 

在各個國家對這一領(lǐng)域展開研究的時候，中國科學(xué)家突破世界紀(jì)錄值，常壓下二氧化碳加氫制長鏈烯烴，最高達(dá)到了66.9%，等同世界紀(jì)錄值，引起了全世界的關(guān)注。

 

長鏈烯烴在精細(xì)化工領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤滑油、農(nóng)藥、增塑劑生產(chǎn)等。目前，工業(yè)合成長鏈烯烴的普遍方法是基于乙烯的齊聚反應(yīng)，而乙烯主要來自于石油資源。與之相比，利用可再生能源電解水制氫，再與二氧化碳反應(yīng)直接制備長鏈烯烴，則會產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。

 

二氧化碳加氫制備長鏈烯烴主要分為三步：

01二氧化碳加氫到一氧化碳

02一氧化碳加氫到甲基和亞甲基

03甲基和亞甲基在催化劑表面聚合得到長鏈化合物

根據(jù)勒夏特列原理，常壓不利于長鏈烯烴的形成，目前二氧化碳加氫制備長鏈烯烴多在高壓反應(yīng)條件下進(jìn)行。但由于電解水設(shè)備規(guī)模小、布局分散，為了直接對接電解水制氫，需要使二氧化碳加氫反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。

 

該反應(yīng)的主要難點(diǎn)在于甲基和亞甲基的聚合需要足夠高的壓力，在常壓條件下無法產(chǎn)生足夠多的甲基和亞甲基，從而難以聚合形成長鏈產(chǎn)物。

 

為了解決常壓下的二氧化碳制長鏈烯烴，中國科學(xué)家開發(fā)出的銅—碳化鐵界面型催化劑，銅具備一氧化碳的非解離吸附能力，碳化鐵能催化生成甲基和亞甲基。在銅和碳化鐵的界面處，銅位點(diǎn)吸附的一氧化碳插入到甲基和亞甲基的端基，然后加氫脫水形成新的甲基和亞甲基單元，如此循環(huán)往復(fù)使碳鏈增長，最后脫附形成長鏈烯烴。該催化劑在常壓條件下對長鏈烯烴的選擇性高達(dá)66.9%，與目前文獻(xiàn)報道的在高壓反應(yīng)條件下的世界紀(jì)錄值（66.8%）相當(dāng)。

 

事實(shí)上，將二氧化碳人工轉(zhuǎn)化為高附加值化合物，“變廢為寶”不止這一例。今年4月28日，《自然·催化》發(fā)表了一項最新研究成果。我國科研人員通過電催化結(jié)合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，并進(jìn)一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。

 

去年9月，我國科學(xué)家還首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關(guān)成果由國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

近年來，隨著新能源發(fā)電的迅速崛起，電力成本下降，二氧化碳電還原技術(shù)已經(jīng)具備與依賴化石能源的傳統(tǒng)化工工藝競爭的潛力。因此，高效的二氧化碳電還原制備高附加值化學(xué)品和燃料的工藝被學(xué)界認(rèn)為是建設(shè)未來“零碳排放”物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要研究方向之一。

文章來源：中國化工報