「神奇的轉化」——溫室氣體二氧化碳變汽油

央廣網大連5月4日消息（記者田彤 賈鐵生）二氧化碳(CO2)，一種主要的溫室氣體，被認為是全球氣候變暖的罪魁禍首。近年來，由於碳排放政策影響，各國都在努力實現二氧化碳減排。

汽油，是全球用量最大的燃料之一。隨著現代社會的發展，汽油不僅是一個國家的生產生活必需品，更是成為了許多普通老百姓每天都離不開的日常用品。

一個是導致氣候變暖的溫室氣體，一個是人們日益依賴的寶貴能源，二者看似毫無關聯，在科學家眼中卻變得密不可分。

近日，中科院大連化物所孫劍、葛慶傑研究員團隊發現了二氧化碳高效轉化新過程，通過設計一種新型多功能複合催化劑，首次實現了CO2直接加氫製取高辛烷值汽油。該研究成果於5月2日在英國《自然—通訊》(Nature Communications)雜誌上發表，相關過程和催化材料已申報多項發明專利，被同行譽為「CO2催化轉化領域的突破性進展」。

在自然界中，植物從空氣中吸收CO2，經光合作用轉化為有機物和氧氣，該過程緩慢，所以一直以來化學家們努力想通過化學方式回收利用CO2。如果以CO2作為原料生產汽油，將是一種潛在替代化石燃料的清潔能源策略，不僅可有效降低CO2造成的溫室效應，還可減輕對傳統化石能源的依賴。但CO2的活化與選擇性轉化仍面臨巨大挑戰。相比於更活潑的孿生兄弟一氧化碳，二氧化碳分子非常穩定，難以活化，與經典的費托合成路線相比，二氧化碳與氫分子的催化反應更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很難生成長鏈的液態烴燃料。

針對上述問題，該團隊創造性地設計了一種高效穩定的多功能複合催化劑，通過多活性位的協同催化作用，在接近工業生產的條件下，該催化劑實現了甲烷和一氧化碳的低選擇性，烴類產物中汽油餾分烴的選擇性達到78%，遠超文獻報道結果。而且，汽油餾分主要為高辛烷值的異構烷烴和芳烴，基本滿足國V標準對苯、芳烴和烯烴的組成要求。該催化劑還具有較好的穩定性，可連續穩定運轉1000小時以上，顯示出潛在的應用前景。

與傳統催化劑不同，該催化劑包含三種相互兼容、相互補充的活性位（Fe3O4、Fe5C2和酸性位）。CO2分子藉助於精心構造的三組分活性位實現了「三步跳」的串聯轉化。CO2首先在Fe3O4活性位上經逆水氣變換反應還原為CO；生成的CO在Fe5C2活性位上進行費托合成反應，轉化為α-烯烴；隨後，該烯烴中間物遷移到分子篩上的酸性位上，進行齊聚、異構化和芳構化等反應，選擇性生成汽油餾分烴。對三活性位結構和空間排布的精準調控是實現CO2加氫制汽油的關鍵。

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