近日，中國科學院大連化學物理研究所化石能源與應用催化研究部低碳烴綜合利用及沸石催化材料研究組(DNL0804組)朱向學研究員和徐龍伢研究員團隊受邀發表了“負載型多相金屬催化劑用于CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應”綜述文章。
 

　　CO2輔助低碳烷烴脫氫技術不僅可以生產大宗化學品低碳烯烴，還能實現CO2的資源化利用，并副產CO、H2等基礎化工原料。在“雙碳”目標背景下，該技術及催化劑的研發具有尤為重要的科學意義和應用前景。
 

　　近年來，CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應的催化技術取得顯著進展，各類金屬基催化劑因其獨特性質展現出不同的催化性能。本文綜述了從貴金屬到過渡金屬以及金屬氧化物、從單一金屬到雙金屬以及多金屬的高熵合金體系在CO2輔助低碳烷烴氧化脫氫反應中的最新研究成果。文章揭示了活性金屬類型、活性位點化學價態和配位環境、助劑以及載體的功能作用；系統歸納了CO2在低碳烷烴脫氫反應中發揮的消除積碳、補充晶格氧以及穩定金屬價態等積極作用；概述分析了引入CO2帶來的競爭吸附、重整副反應以及產物分離能耗增加等不利因素；詳細探討了不同活性位點的微觀結構及其在低碳烷烴和CO2活化中的協同作用機制，并提出了可能的催化性能提升改進策略。文章提出，高效氧化脫氫催化劑的構筑需要同時滿足C–H鍵和C=O鍵的活化，未來多功能位點的精準調控與活性位點動力學行為的原位解析，將為CO2耦合低碳烷烴脫氫多相金屬催化劑的發展提供更多的可行性方案。
 

　　該團隊長期致力于烴類(及含氧化合物)催化轉化和關鍵化學品生產技術研發，相關成果已成功應用于30余套工業裝置。尤其，近年來團隊開發的“乙烷-CO2耦合轉化高效催化劑及技術”，已完成千噸級/年工業化試驗，通過中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。近期，團隊圍繞低碳烷烴與CO2耦合轉化反應開展了系統研究，實現了乙烷-CO2耦合轉化反應中高穩定性Fe/Co基催化劑的構筑(ACS Catal.，2024；ACS Catal.，2023；J. Catal.，2023)；揭示了雙金屬活性位點在丙烷-CO2耦合轉化反應中協同作用機制(ACS Catal.，2023；ChemCatChem，2022；ACS Sustain. Chem. Eng.，2021)；探究了丁烷-CO2耦合轉化反應中Fe基活性相的結構演變與失活機制(Chem. Eng. J.，2023；ACS Catal.，2022)。
 

　　該綜述文章以“CO2-assisted oxidation dehydrogenation of light alkanes over metal-based heterogeneous catalysts”為題，發表在《催化學報》(Chinese Journal of Catalysis)上。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院“西部之光-西部交叉團隊”重點實驗室專項、大連市重點領域創新團隊等項目的資助。(文/圖 李秀杰、張新寶)