文 | 刘贵丞
来源 | 卓创资讯
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导语 2017年5月2日，英国自然通讯杂志（Nature Communications）上发布了一篇文章——《将CO2直接转化成汽油》。据悉，该篇论文是由中国科学院大连化学物理研究所碳资源小分子与氢能利用创新特区孙剑、葛庆杰研究员团队发表。该篇文章被审稿人评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
我们知道所有的绿色植物都会吸收二氧化碳，进行光合作用释放出氧气。作为自然生态平衡中的必要元素，二氧化碳始终进行着无声无息的循环。同时二氧化碳作为空气中自有的温室气体，为气候的稳定起到重要的作用。但是随着近年来工业生产，城市运转，以及交通的发展，二氧化碳的排放量逐年增长，自然界中的平衡关系被打破。二氧化碳转身成为大气污染防治的重点对象，相应的节能减排，低碳生活的呼声越发高涨。与此同时随着现代社会的发展，汽柴油作为全球最大的燃料资源，不仅成为一个国家生产生活的必须品，同时也成为了普通老百姓的日常用品。一方面是造成温室效应，全球变暖的罪魁祸首，一方面是人们必须但却日益或缺的能源产品。两者看似并无关联，但在科学家眼里却是切切相关。
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中科院大连化物所孙剑、葛庆杰研究员团队发现了二氧化碳高效转化新过程，通过设计一种新型多功能复合催化剂，首次实现了二氧化碳直接加氢制取高辛烷值汽油。该研究成果于2017年5月2日在英国《自然—通讯》杂志上发表，相关过程和催化材料已申报多项发明专利，被同行誉为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
在自然界中二氧化碳含量丰富，为大气组成的一部分。二氧化碳也包含在某些天然气或油田伴生气中以及碳酸盐形成的矿石中。大气里含二氧化碳为0.03~0.04%（体积比），总量约2.75×1012t，主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。一直以来科学家们努力想通过化学方式回收利用二氧化碳。理论上而言通过二氧化碳与氢气的反应在一定催化剂的作用下是可以转化为相对活泼的长链烃组分。那么如果以二氧化碳为原料生产汽油的话，将是一种代替传统化石原料的清洁能源。这不仅可以有效的减少二氧化碳对于温室效应的影响，还可以有效减轻目前世界对于不可再生的原油的依赖。
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就二氧化碳的活性而言，其分子非常稳定，存在一定的惰性，难以活化。这也是科学家在面对二氧化碳活化与选择性转化时所面临的的挑战。二氧化碳与氢分子在催化反应时更易生成甲烷，甲醇等小分子化合物，很难生成长链液态烃燃料。针对以上的问题，我国科学家创造性的设计了一种高效且稳定的多功能复合型催化剂，通过多活性位的协同催化，在模拟工业生产的条件下，实现了烃类产物中汽油馏分中烃的选择性提高至78%左右。并且，汽油馏分的主要成分为高辛烷值的异构烷烃以及芳烃，基本满足了当前国内汽油指标中国五标准对于芳烃、烯烃以及苯的组分要求。
此外就报告内容所知，我国科学家所研制的复合型催化剂与传统催化剂有所不同，该催化剂包含三种相互兼容、相互补充的活性位(Fe3O4、Fe5C2和酸性位)。CO2分子借助于精心构造的三组分活性位实现了“三步跳”的串联转化。CO2首先在Fe3O4活性位上经逆水气变换反应还原为一氧化碳；生成的CO在Fe5C2活性位上作费托合成反应，转化为α-烯烃；随后，该烯烃中间物迁移到分子筛上的酸性位上，选择性生成汽油馏分烃。对三活性位结构和空间排布的精准调控是实现二氧化碳加氢制汽油的关键。
此项新技术不仅为CO2加氢制液体燃料的研究拓展了新思路，同时在降低CO2的排放，改善全球变暖的问题上具有显著的经济效益。
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