近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員孫劍和研究員葛慶杰團(tuán)隊(duì)在二氧化碳催化加氫中的界面效應(yīng)研究方面取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)可碳化的系列K助劑可在二氧化碳加氫的氣氛中誘導(dǎo)鐵基催化劑形成獨(dú)特的高活性Fe5C2-K2CO3界面，大幅促進(jìn)乙烯、丙烯和線性 -烯烴的生成。
化石能源的大量消耗使溫室氣體排放量急劇增加，引起了全球變暖等日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境問題。以二氧化碳和可再生能源產(chǎn)生的氫為原料直接合成高附加值的燃料及化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)碳資源清潔高效利用的有效途徑。在鐵催化劑上，堿金屬助劑（如K和Na等）可有效促進(jìn)合成烯烴，但在分子水平上的影響機(jī)制以及如何選擇合適的助劑種類尚待研究。
大連化物所揭示二氧化碳催化加氫中的界面效應(yīng)
該團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上（Nat. Commun. 2017, 8, 15174; ACS Catal. 2018, 8, 9958; Commun. Chem. 2018, 1, 11），通過改變助劑類型及其與Fe/C催化劑間的空間尺度，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳加氫制高附加值烯烴的選擇性調(diào)控，使單程轉(zhuǎn)化率大于32%，烯烴選擇性達(dá)到75%，高附加值烯烴收率可達(dá)20%。研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)條件下，不同K助劑修飾的Fe/C催化劑呈現(xiàn)出截然不同的催化性能，不可碳化的K助劑（K2SO4/KCl）修飾的Fe/C催化劑主要生成烷烴和少量烯烴，而可碳化的K助劑（K2CO3, KHCO3, KOH, CH3COOK等）修飾后生成大量的乙烯、丙烯和線性a-烯烴。原位XRD、高分辨透射電鏡、穆斯堡爾譜等表征結(jié)果說明，二氧化碳通過參與可碳化K助劑的循環(huán)轉(zhuǎn)化過程來提高K物種向Fe表面的遷移能力，促進(jìn)高活性Fe5C2-K2CO3界面的形成。同時(shí)，K與Fe催化劑間的空間尺度會(huì)明顯影響Fe5C2-K2CO3界面的形成程度，進(jìn)而改變反應(yīng)性能。
該工作為設(shè)計(jì)和優(yōu)化用于二氧化碳加氫制備高附加值化學(xué)品的研究提供了新思路，同時(shí)也為間歇性可再生能源的利用開辟了新途徑。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)出版的ACS Catalysis上，同時(shí)被選為Cover論文。上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”A類先導(dǎo)專項(xiàng)、興遼英才青年拔尖人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
