江南大学实现二氧化碳一步合成乙醇

　　5月18日，从江南大学传出消息，该校化学与材料工程学院刘小浩教授团队实现了二氧化碳(CO?)一步合成乙醇。相关研究成果发表于《美国化学会·催化》。

 

　　刘小浩团队经过持续5年攻关，创新性地采用结构封装法，精准构筑双钯活性位点—纳米“蓄水”膜反应器，实现了二氧化碳在温和条件下一步近100%选择性转化为乙醇。

 

　　乙醇是重要的基础化学品，还可转化为乙烯和下游高价值化工产品。在乙醇制备方面，工业上一般采用粮食发酵法和煤基乙醇技术。粮食发酵法制备乙醇不可避免出现“与人争粮”的局面；煤基乙醇工艺路线复杂，制造过程中产生大量的二氧化碳。

 

　　近年来，国际上虽已开发出多种途径将二氧化碳转化为乙醇。在连续流固定床反应器中制备乙醇，由于其便捷的物质流和能量流管理，更容易实现工业应用。文献虽然已经报道了在连续流固定床反应器中合成乙醇，但采用单一催化剂一步合成乙醇，存在选择性低、容易发生副反应等问题，目前的技术无法实现可控精准增碳定向生成乙醇，易产生大量低价值的副产物。刘小浩介绍说：“因此，我们考虑开发全新的催化体系来突破这一关键技术难题。”

 

　　该团队合成的催化剂结构类似于一个胶囊，其胶囊内部封装了二氧化铈载体分散的双钯催化剂。据刘小浩介绍，胶囊的壳层具有高选择性，疏水修饰后，可将反应过程中生成的水富集在内，使双钯催化剂处于富水蒸气反应环境，从而解决了催化剂稳定性问题；乙醇作为反应产物可持续生成，并通过扩散离开纳米膜反应器。

 

　　该催化剂能够在3兆帕、240℃的温和条件下，在固定床反应器中二氧化碳加氢连续流一步高效稳定制乙醇。该催化工艺路线简单，可在单催化剂单反应器中一步完成，乙醇选择性接近100%，无副产物生成，大幅降低了过程分离能耗。

 

　　据了解，科研团队基于前期研究基础，构筑的双钯活性位点，具有独特的几何和电子结构。其邻近的钯位点和富电子特性有利于促进中间物种碳—氧键解离和随后的碳—碳偶联，从而实现二氧化碳加氢定向生成单一高价值产物乙醇。

 

　　刘小浩表示，科研团队下一步研究重点将围绕改进催化剂制备技术，在保证乙醇近100%选择性的前提下，获得更高的二氧化碳单程转化率，以及更优异的催化剂稳定性。同时，他们计划开展催化剂规模放大研究，进行中试，并尽早将该技术推向工业应用，为二氧化碳高价值利用和实现国家“双碳”目标提供技术支持。

 

　　刘小浩表示，该项工作的突破性进展奠定了二氧化碳精准催化增碳的理论基础，为以温室气体二氧化碳为原料定向合成碳二平台分子，实现碳二化学高值化利用开辟了新的途径和方向。