近日，廣州能源所聯(lián)合荷蘭烏特勒支大學(xué)在美國化學(xué)會(huì )旗艦期刊JACS Au上發(fā)表題為Silicalite-1 Layer Secures the Bifunctional Nature of a CO₂ Hydrogenation Catalyst的研究成果，并選為封面文章。 

　　通過(guò)非均相熱催化，利用可再生綠氫對CO₂進(jìn)行轉化，有望為溫室氣體去路提供新路徑，同時(shí)可以為非化石來(lái)源的化學(xué)品和燃料合成提供全新方案。鑒于各行各業(yè)，特別是航空業(yè)，對碳氫燃料的需求與日俱增，通過(guò)CO₂加氫直接實(shí)現碳碳偶聯(lián)具有重大意義。已有的研究提出，利用雙功能催化材料如In₂O₃/H-ZSM-5可實(shí)現高效碳碳偶聯(lián)，即先在金屬氧化物In₂O₃上將CO₂轉化為甲醇，所得的甲醇再轉移至酸性分子篩上進(jìn)行偶聯(lián)轉化為烴。該過(guò)程打破了費托合成過(guò)程中的Anderson–Schulz–Flory（ASF）限制，在調控烴類(lèi)產(chǎn)物選擇性方面展現出較大潛力。 

　　在該雙功能催化過(guò)程中，縮短雙功能組分距離可促進(jìn)反應中間體轉移，從而顯著(zhù)提高碳碳偶聯(lián)性能。然而粉末混合的銦基材料容易喪失碳碳偶聯(lián)活性，這可能是由于在反應過(guò)程銦物種遷移至沸石分子篩內，中和毒化了沸石B酸位點(diǎn)；同時(shí)銦物種的遷移導致氧化銦表面氧空位活性位點(diǎn)發(fā)生重構，導致失活；此外，長(cháng)時(shí)間甲醇轉化形成的沸石積碳是該雙功能催化體系的另一個(gè)潛在失活因素。 

　　為此，本文報道了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)克服上述3個(gè)難題，即在H-ZSM-5沸石晶體外原位生長(cháng)一層硅沸石Silicalite-1（S-1）殼層，從而（1）抑制了銦的遷移，保持了H-ZSM-5的酸性；（2）阻止In₂O₃表面過(guò)度還原；以及（3）通過(guò)抑制甲醇-烴轉化中的芳烴循環(huán)來(lái)提高催化劑壽命。因此，本方法可以恢復在納米尺度（粉末混合）下C₂⁺烴的合成活性。此外，在微米尺度（顆粒混合）下，與無(wú)S-1殼層的催化劑相比，含有S-1殼層催化劑的性能更高。該研究發(fā)展了一種有效的屏蔽策略，為提升CO₂加氫雙功能材料的催化性能及穩定性提供了創(chuàng )新方案。 

　　該研究由廣州能源研究所聯(lián)合荷蘭烏特勒支大學(xué)Bert Weckhuysen教授課題組完成，論文第一作者為廣州能源所生物質(zhì)能生化轉化研究室特別研究助理邢世友。 

　　原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacsau.2c00621