中科院上海高研院低碳轉化研究獲重大突破

神奇催化劑,讓二氧化碳一步變汽油

2017年06月13日20:30  來源:人民網-科技頻道
 

人民網上海6月13日電 (記者姜泓冰)有了氧化銦/分子篩雙功能催化劑,二氧化碳加上氫氣,隻需一步,遭人嫌棄的溫室氣體CO2就能轉化為清潔的汽油——這一“變廢為寶”的二氧化碳高效利用技術,已在中科院上海高等研究院成為現實。該研究成果6月12日由《自然-化學》在線發表,並已申報中國發明專利和國際PCT專利。

減緩氣候變化已成為人類社會共同面臨的重大命題,世界各國都在努力探索減少溫室氣體排放的技術創新。中國政府已承諾,將於2030年左右使CO2排放達到峰值並爭取盡早實現減排。

二氧化碳(CO2)是最主要的溫室氣體,也是自然界大量存在的“碳源”化合物,若能“改邪歸正”,借助太陽能、風能、核能等電解水制得的氫氣,將CO2轉化為有用的化學品或燃料,豈非事半功倍、皆大歡喜?1994年諾貝爾化學獎得主、有機化學家喬治·安德魯·歐拉(George Andrew Olah)教授提出了“人工碳循環”的概念:若借助替代能源將CO2直接轉化為液體燃料,可使得整個碳循環更加有效。然而,由於二氧化碳分子的惰性,很難將其轉化為含有兩個碳原子及以上的化合物,此前國際上的同類研究,都需要通過多個步驟、利用多個催化劑,才能實現從二氧化碳到汽油的轉變。中國科學院上海高研院這項二氧化碳直接制汽油技術,首次以“一步到位”地將歐拉的“人工碳循環”設想變成了現實。

中科院低碳轉化科學與工程重點實驗室在CO2高效活化轉化領域已有多年研究基礎,並取得了系列研究成果。近期,孫予罕、鐘良樞和高鵬團隊創造性地設計出了金屬氧化物/分子篩雙功能催化劑。該雙功能催化劑“身兼數職”,可以省卻中間環節,幫助二氧化碳直接轉化為汽油,而且高附加值有效組分(即汽油)的產出率頗高,副產物(即甲烷)的產出率很低,工業性能顯著提高,與傳統石油裂解獲得汽油有了經濟上的可比性,可以真正做到二氧化碳的淨減排。此項研究工作得到了自然科學基金委、科學技術部、上海市科委和中國科學院的大力支持。中科院上海微系統所也參與了部分工作。

該研究成果於6月12日在《自然-化學》(Nature Chemistry)雜志上在線發表,並已申報中國發明專利和國際PCT專利。這也是該實驗室繼去年在《自然》雜志上發表合成氣直接制烯烴的研究成果后,再次在國際頂級雜志上發表的在低碳轉化與利用方面的重要突破,去年的上述成果曾入選上海市2016年十大科技事件。上海高研院溫室氣體與環境工程中心主任、中科院低碳轉化科學與工程重點實驗室副主任魏偉表示,這些成果的陸續產出,是中科院上海高等研究院與上海科技大學等在深度開展科教融合、著力推進張江綜合性國家科學中心建設取得成效的階段性標志。

據介紹,該研發團隊已完成了催化劑制備放大並得到高機械強度的工業尺寸顆粒催化劑,在工業條件下該催化劑體系具備了示范應用的條件。該工作得到了審稿人的高度評價,被認為是CO2轉化領域的一大突破,為CO2轉化為化學品及燃料提供了重要的平台。 

(責編:熊旭、林露)

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