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過國忠 柳鑫 通訊員 李佳敏 張青
筆者16日從江南大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與材料工程學(xué)院劉小浩教授團隊經(jīng)過持續(xù)5年攻關(guān)，通過采用結(jié)構(gòu)封裝法，構(gòu)筑雙鈀位點-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳在溫和條件下連續(xù)流一步近100%轉(zhuǎn)化為乙醇，相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)會·催化》。
乙醇，俗稱“酒精”，既是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品，又與人們的日常生活息息相關(guān)，廣泛應(yīng)用于制造飲料、消毒劑、車用燃料等，并可轉(zhuǎn)化為乙烯和下游高價值化工產(chǎn)品。劉小浩介紹，目前，在乙醇制備方面，工業(yè)上一般采用糧食發(fā)酵法和煤基乙醇技術(shù)。糧食發(fā)酵法制備乙醇不可避免出現(xiàn)“與人爭糧”的局面，而煤基乙醇工藝路線復(fù)雜，且制造過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳。近年來，國際上雖已開發(fā)出多種途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，但在連續(xù)流固定床反應(yīng)器中制備乙醇，由于其便捷的物質(zhì)流和能量流管理，更容易實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
該科研團隊創(chuàng)新性地采用“結(jié)構(gòu)封裝法”精準(zhǔn)構(gòu)筑“雙鈀催化位點”-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，合成的催化劑結(jié)構(gòu)類似于一個膠囊，其膠囊內(nèi)部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。劉小浩介紹，膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，保證內(nèi)部生成的水富集而產(chǎn)物乙醇可以溢出。其中的水環(huán)境可以穩(wěn)定雙鈀活性位點，該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下（3MPa，240℃）二氧化碳近100%選擇性高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為乙醇。
值得一提的是，該科研團隊基于前期研究基礎(chǔ)，構(gòu)筑的“雙鈀活性位點”具有獨特的幾何和電子結(jié)構(gòu)，其鄰近的鈀位點和富電子特性有利于促進中間物種碳-氧鍵解離和隨后的碳-碳偶聯(lián)，從而實現(xiàn)二氧化碳加氫定向生成單一高價值產(chǎn)物乙醇。
“催化劑合成工藝和催化反應(yīng)路線簡單，有大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景，我們未來將圍繞綠色、低碳、環(huán)保、高效，繼續(xù)推進催化劑在實際應(yīng)用過程的工業(yè)化放大以及與碳捕集和綠氫生產(chǎn)耦合實現(xiàn)二氧化碳資源的高價值利用。”劉小浩表示。
（受訪者供圖）
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