近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源與環(huán)境小分子催化研究中心鄧德會(huì)研究員、于良副研究員團(tuán)隊(duì)與廈門大學(xué)王野教授團(tuán)隊(duì)合作在合成氣直接制多碳醇研究中取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)利用鉀修飾的富邊結(jié)構(gòu)硫化鉬催化劑,實(shí)現(xiàn)了合成氣高活性、高選擇性制多碳醇,為催化劑活性中心納米結(jié)構(gòu)與微環(huán)境的理性設(shè)計(jì)提供了借鑒。
多碳醇,指含有2個(gè)碳原子以上的醇(即C2+OH),其被廣泛用作化工原料、燃料、燃料添加劑和溶劑等。合成氣(CO/H2)制C2+OH是煤、天然氣和生物質(zhì)等非石油基碳資源的高值化轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。該反應(yīng)涉及兩個(gè)關(guān)鍵步驟:C-O斷鍵和C-C偶聯(lián)。對(duì)兩個(gè)步驟的精準(zhǔn)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)合成氣高活性、高選擇性制C2+OH的關(guān)鍵,但卻具有挑戰(zhàn)性。
大連化物所實(shí)現(xiàn)合成氣高選擇性制多碳醇
鄧德會(huì)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于能源與環(huán)境小分子的催化轉(zhuǎn)化研究,前期在小分子催化轉(zhuǎn)化制高值化學(xué)品的研究中取得了系列進(jìn)展(Nat. Catal.,2023;Nat. Catal.,2023;Nat. Synth.,2023; Nat. Catal.,2021;Nat. Commun.,2021;Nat. Nanotechnol.,2016)。在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)與王野團(tuán)隊(duì)合作,基于納米孔道限域生長(zhǎng)機(jī)制,合成了鉀助劑修飾的、具有豐富邊結(jié)構(gòu)且尺寸均一的二維硫化鉬納米片陣列催化劑(ER-MoS2-K),其在240oC、50bar下,實(shí)現(xiàn)了17%的CO轉(zhuǎn)化率和45.2%的C2+OH選擇性。合作團(tuán)隊(duì)通過調(diào)變MoS2的邊/面比,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物中C2-4OH/CH3OH比例從1/2.4逆轉(zhuǎn)為2.2/1,并且C2+OH產(chǎn)物中C2-4OH的占比超過99%。機(jī)理研究顯示,邊硫空位比面內(nèi)硫空位具有更高的C-O斷鍵和C-C偶聯(lián)活性,促進(jìn)了碳鏈增長(zhǎng);鉀助劑通過與醇羥基的靜電作用,促進(jìn)了醇分子的脫附,兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)合成氣高活性、高選擇性制C2-4OH。該工作為合成氣轉(zhuǎn)化新型催化劑的開發(fā)提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Edge-rich molybdenum disulfide tailors carbon-chain growth for selective hydrogenation of carbon monoxide to higher alcohols”為題,發(fā)表在《自然—通訊》(Nature Communications)上。上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“功能納米系統(tǒng)的精準(zhǔn)構(gòu)筑原理與測(cè)量”、中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的資助。