近期，安徽工業(yè)大學曾杰教授團隊與日本富山大學椿范立團隊合作，研制出新型“金屬氧化物-分子篩”復合催化劑，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錄。北京時間6月10日，國際學術(shù)期刊《美國化學會志》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，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)的復合催化劑主要由兩個模塊組成。其中，金屬氧化物模塊負責催化二氧化碳加氫得到短鏈烯烴，分子篩模塊則負責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?；谶@一獨特設計，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，他們提出的復合催化劑設計思路還有望拓展到其他二氧化碳加氫反應體系中，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”。
