近日，中國科學院大連化學物理研究所副研究員孫劍和研究員葛慶杰團隊在二氧化碳催化加氫中的界面效應(yīng)研究中取得進展，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鐵基催化劑形成高活性Fe₅C₂-K₂CO₃界面，促進乙烯、丙烯和線性α-烯烴的生成。

大量消耗化石能源使溫室氣體排放量增加，引發(fā)全球變暖等問題。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品是實現(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）可有效促進合成烯烴，但是學界尚不清楚分子水平上的影響機制及如何選擇合適的助劑種類。

研究人員在已有研究的基礎(chǔ)上（Nature Communications，2017，8，15174；ACS Catalysis，2018，8，9958；Communications Chemistry，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，實現(xiàn)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%、烯烴選擇性達到75%、高附加值烯烴收率可達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，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)果顯示，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，促進高活性Fe₅C₂-K₂CO₃界面的形成；K與Fe催化劑間的空間尺度影響Fe₅C₂-K₂CO₃界面的形成程度，進而改變反應(yīng)性能。

該研究為設(shè)計和優(yōu)化用于二氧化碳加氫制備高附加值化學品的研究提供新思路，為間歇性可再生能源的利用開辟新途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Catalysis上，并被選為Cover論文。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖人才等的資助。

大連化物所揭示二氧化碳催化加氫中的界面效應(yīng)