二氧化碳选择性加氢制线性α-烯烃新路线的研究

Activation and selective conversion of greenhouse gas CO2 is of great difficulty in the world. Utilization of CO2 hydrogenation for production of liquid fuels and chemicals is a research hotspot. However, the reaction suffers from poor chain growth ability, resulting in producing low carbon compounds, such as methane, methanol and formic acid. Employing CO2 hydrogenation to produce heavy hydrocarbons, such as heavy linear α-olefins, is of great importance and challenges. Herein, the program proposes a new pathway of CO2 selective hydrogenation to heavy olefins. A new iron catalyst comprising multiple active sites can effectively control catalytic efficiency and selectivity of heavy olefins assisted by electronic and structural promoters from biomass ash. By optimizing spatial arrangement of these sites, the poor chain growth ability and selectivity control will be solved, indicating the key steps of C-C coupling for heavy olefin production. The successful program will provide novel strategies and concepts for waste resources utilization and sustainable production of heavy olefins.

温室气体二氧化碳的活化与选择性转化是世界性难题。利用二氧化碳加氢过程直接转化为液体燃料和化学品已成为近期研究热点。但该反应碳链增长能力较弱，目前产物集中在甲烷，甲醇，甲酸等低碳化合物。利用该过程高选择性生成高碳烃如线性a-烯烃等，不仅意义重大而且极具挑战性。本项目将开发二氧化碳选择性加氢制高碳烯烃的新路线。该过程将设计多活性相协同共存的铁催化剂，辅以生物质灰分中的多种电子助剂及结构助剂，有效调节串联反应的催化效率及高碳烯烃的选择性。通过优化多活性位及助剂位的空间排布，突破二氧化碳加氢碳链增长能力弱及选择性难控制的瓶颈，揭示高碳烯烃生成中C-C偶联的关键控制机制。项目的成功开展将为废弃资源的循环利用，高碳烯烃的可持续且多元化的生产，提供全新的思路和借鉴。

二氧化碳的活化与选择性转化是世界性难题。利用二氧化碳加氢过程直接转化为液体燃料和化学品已成为近期研究热点。但该反应碳链增长能力较弱，目前产物集中在甲烷，甲醇，甲酸等低碳化合物。利用该过程高选择性生成高碳烃不仅意义重大且极具挑战。本项目设计了二氧化碳选择性加氢制高碳烯烃的新路线。我们制备了多活性相协同共存的系列铁催化剂，辅以合适的碱金属电子助剂及结构助剂，有效调节串联反应的催化效率及高碳烯烃的选择性。通过优化多活性位及助剂位的空间排布，突破了二氧化碳加氢碳链增长能力弱及选择性难控制的瓶颈，大幅提升了高价值烯烃的选择性，揭示了二氧化碳催化加氢制烯烃中的界面效应和尺度效应。研究发现，优选催化剂在温和的反应条件下，可实现二氧化碳单程转化率31%，烯烃选择性达72%，C4-C17的线性a-烯烃在烯烃(C4+)中的比例可突破80%，达到国内外文献报道的最高水平。项目执行期间，申请人以通讯作者在ACS Catalysis、Applied Catalysis B等催化领域权威期刊上共发表本基金资助的SCI论文8篇，其中影响因子大于10的期刊上发表5篇，其中两篇被选为期刊封面论文，研究成果受到国内外研究者的广泛关注，申请国家发明专利4项，超额完成预期研究目标和计划。该项目的成功开展将为废弃资源的循环利用，高碳烯烃的可持续且多元化的生产，提供全新的思路和借鉴。