离子液体中催化CO2加氢制备C5+液体烷烃的研究

The conversion of CO2, a greenhouse gas, into C5+ liquid hydrocarbons via hydrogenation can consume CO2 in the environment and provide new clean energy, and this is a highly important issue. To date, in this reaction, the easily oxidized and corroded Fe-based catalysts are often used, which produce mostly C1-4 gas hydrocarbons but a low selectivity of C5+. These problems are restricting the development of the reaction. Preliminary work shows that the better stability of Co-based catalyst could also produce C5+ hydrocarbons after modification. Therefore, in the project, some bimetallic catalysts will be prepared by using Co, Pt etc. and other precious metals. The catalytic performances are expected to be improved via the regulation of the introduced precious metals. In addition, in order to overcome the drawback of difficulties in separation of formed higher hydrocarbons with conventional paraffin solvent, ionic liquids (ILs) will be introduced as solvent. At last, the project will study the effect of ILs on catalytic performances, the structure-activity relationship of between the catalyst and catalytic performances, and the synergistic effect between catalyst and ILs. Finally, the project will discover the mechanism of C5+ hydrocarbons formation, and be expected to lay a scientific foundation for the utilization of CO2 and high efficient synthesis of liquid fuels.

将温室气体CO2通过加氢转化成液体燃料（C5+烷烃），既能消耗环境中的CO2，又能提供新的清洁能源，因而是一个非常重要的课题。目前，此反应常采用易氧化、易受碳酸腐蚀的Fe基催化剂，且产物以C1-4气体烷烃为主，C5+液体烷烃的选择性低，这都制约着该课题的发展。申请人的前期工作表明，稳定性较好的Co基催化剂经过修饰改性后也可催化合成C5+烷烃，因此，本项目拟采用Co、Pt等金属并引入其它贵金属制成双金属催化剂并将其用于CO2加氢反应，通过贵金属的调控作用改善催化性能，实现C5+烷烃的高效合成；另外，为了克服传统石蜡油等烃类溶剂与长链烷烃产物难分离的缺点，本项目将引入离子液体(ILs)作为反应溶剂，并深入研究ILs与催化性能的影响规律，研究催化剂在合成C5+反应中的构效关系、与ILs的协同催化作用，揭示C5+烷烃的生成机理，为实现CO2资源化和高效合成液体燃料奠定科学基础。

随着化石能源的过度使用，使得传统化石资源储量锐减的同时，还导致大气中CO2浓度不断上升，进而导致温室效应等全球性气候灾害发生。为了解决此问题，催化转化CO2，使其返回能源化学品是非常重要的途径之一。然而，CO2是热力学最稳定的碳形式，其活化相对困难，因此，开发高效催化剂和绿色催化过程是当前研究的重点课题。C5+烷烃、醇类等液体能源化学品具有高能量密度、易运输、易储存等优点，高效地催化CO2合成这些液体产品即具挑战又前景广阔。.基于此，本研究从绿色化学角度出发，致力于催化剂和绿色催化体系开发，以实现CO2高选择性地转化为液体燃料产品。通过研究，开发出了一系列双金属、三金属、负载型催化剂，用于热催化、光热催化离子液体、水体系中CO2转化的反应中。.结合表征手段，重点研究Co-Mn双金属、Na-CoFe/TiO2、CoO/Co/TiO2等催化剂在催化CO2加氢制备C5+液体烷烃、醇类产品时催化性能与结构的内在关系、中间体以及反应路径等关键问题。研究发现，Co6/MnOx催化剂在催化CO2加氢制备C5+烷烃时，经由非CO中间体路径；Na-CoFe/TiO2催化剂在离子液体溶剂中受离子液体影响显著；CoO/Co/TiO2催化剂可能经由Z型异质结机理光热催化CO2还原。本研究提供了高效催化CO2还原的新方法，将为CO2资源化利用、清洁能源合成、绿色化学的发展提供重要参考。