CuZnAl浆状催化剂上合成气定向合成乙醇的基础研究及浆态相催化化学

本项目基于申请者前期的科学研究发现，从实现合成气高效转化入手，瞄准煤炭能源低碳化利用的国家重大需求，力求在煤经合成气制乙醇方面取得突破性进展。本项目的主要特色和创新之处在于，依托申请人自主创新的浆态床催化剂完全液相制备技术，采用非贵金属CuZnAl浆状催化剂在浆态相反应体系中催化合成气高选择性地合成乙醇，解决在在前期研究中发现的CuZnAl浆状催化剂上合成气高选择性合成乙醇重现性差的问题。主要研究内容包括：浆态相催化剂制备过程中催化剂形貌、结构、表面态、粒度等物性指标的精细调控，浆态相催化剂制备的过程中所发生的物理和化学作用，固液界面性质与催化作用，高效催化剂的制备与改性以及服务于上述研究的量子化学计算等，最终实现在分子水平上的浆状催化剂设计与调控。

研究了创新制备的没有任何碱金属助剂和F-T组元的CuZnAl催化剂在浆态床中CO加氢合成乙醇的性能，阐述了高乙醇合成能力的Cu基催化剂的结构特征，提出了CO加氢直接合成乙醇的反应机理；考察了铜铝比、水铝比、加料方式、热处理温度、助剂、络合剂等对催化剂结构和性能的影响，解决了高乙醇合成能力的催化剂再现性差的难题。主要创新性研究结论如下：.（1）探明了高乙醇合成催化剂的适宜结构，明确了高乙醇合成催化剂制备的关键环节和关键因素，阐明了不同Cu物种协同作用机理，发现了乙醇合成是对催化剂结构极其敏感的反应，解决了高选择性乙醇合成催化剂重现性差的难题；.（2）对催化剂前驱体的制备过程进行了较详细的研究，提出了通过两步水解（或醇解）调控水解/缩聚速率实现组分的均匀分布；考察了不同醇溶剂以及醇用量对催化剂性能的影响；对最优催化剂进行了一系列重复实验，明晰了影响催化剂性能的关键因素； .（3）详细研究了液相热处理过程对催化材料的形成、结构、织构和表面态的影响，阐明了CuO被还原的机制；.（4）详细研究了Cu/Zn比、水铝比、加料方式、热处理气氛、热处理温度等因素以及金属助剂和络合剂对催化剂结构和性能的影响，发现采用完全液相方法，通过改变活性组分的前体形态可以较好地控制Cu基催化剂结构，验证了适宜乙醇合成结构的正确性；.（5）采用量子化学方法与实验相结合，研究了液相介质的性质对CO、H2在催化剂表面上的吸附解离过程，发现了液相介质性质对反应物在固体催化剂表面吸附、表面反应及产物脱附的显著影响，提出了固液界面催化化学的概念；.（6）发现具有完整结晶度的AlOOH对CO具有较强的解离吸附作用，可以起到碳链增长的作用，其与商业甲醇催化剂组合可以成为较好的低碳醇合成催化剂。.（7）发现AlOOH的形貌对催化剂合成乙醇性能亦有显著影响，梭形AlOOH主要暴露（200）晶面，CO加氢产物分布主要是二甲醚；纳米棒、立方体、针形的AlOOH结晶度较高，主要暴露（020）晶面，有利于碳链增长，可导致低碳醇生成。.截至目前，已发表论文28篇，其中SCI 12篇，EI 7篇；公开发明专利5件，授权中国发明专利1件，美国发明专利1件；培养硕士研究生6名，博士3名；在读硕士12名，在读博士1名；获国基重点和青年基金各1项、省部5项；4人次入选省级学术带头人；1人获省优秀博士论文奖，２人获国家研究生奖学金。