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近日，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉小浩教授團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的催化劑設(shè)計(jì)策略——通過結(jié)構(gòu)封裝法，構(gòu)筑雙鈀位點(diǎn)-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳在溫和條件下連續(xù)流一步無(wú)副反應(yīng)高效穩(wěn)定制乙醇。
相關(guān)研究成果于本月發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)催化期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)·催化》(ACS Catal.2023, 13, 7110-7121)。江南大學(xué)化學(xué)與工程學(xué)院博士研究生陳杰和碩士研究生查雅君為文章的共同第一作者，江南大學(xué)化學(xué)與工程學(xué)院劉小浩教授為文章的通訊作者。
乙醇，俗稱酒精，既是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品，又與人們的日常生活息息相關(guān)，可用于制造飲料、消毒劑、車用燃料。同時(shí)，乙醇還可以轉(zhuǎn)化為乙烯和下游高價(jià)值化工產(chǎn)品。
在乙醇制備方面，工業(yè)上一般采用糧食發(fā)酵法和煤基乙醇技術(shù)。糧食發(fā)酵法制備乙醇不可避免出現(xiàn)“與人爭(zhēng)糧”的局面，煤基乙醇工藝路線復(fù)雜、且制造乙醇過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。
近年來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了多種途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，比如光催化、電催化、以及間歇釜熱催化。但都無(wú)法實(shí)現(xiàn)可控精準(zhǔn)增碳定向生成乙醇，且易產(chǎn)生大量低價(jià)值的副產(chǎn)物。
此次，研究人員創(chuàng)新性地采用“結(jié)構(gòu)封裝法”精準(zhǔn)構(gòu)筑“雙鈀催化位點(diǎn)”-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，合成的催化劑結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)膠囊，膠囊內(nèi)部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，保證內(nèi)部生成的水富集而產(chǎn)物乙醇可以溢出。其中的水環(huán)境可以穩(wěn)定雙鈀活性位點(diǎn)，該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下（3 MPa，240 ℃）二氧化碳近100%選擇性高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為乙醇。
劉小浩介紹，該催化劑的合成工藝和催化反應(yīng)路線簡(jiǎn)單，具備大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景。
此外，二氧化碳（CO2）因其強(qiáng)溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候顯著變暖和極端天氣頻繁出現(xiàn)，已引起全球各國(guó)高度重視。作為一種碳源，該研究的突破性進(jìn)展奠定了CO2精準(zhǔn)催化增碳的理論基礎(chǔ)，為捕捉和利用溫室氣體CO2開辟了新的路徑。
