近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心和化學(xué)物理系曾杰教授研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)筑了銅-碳化鐵界面型催化劑，實(shí)現(xiàn)了常壓下二氧化碳加氫高選擇性制備長(zhǎng)鏈烯烴。

長(zhǎng)鏈烯烴在精細(xì)化工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤(rùn)滑油、農(nóng)藥、增塑劑等。目前合成長(zhǎng)鏈烯烴的主要途徑是依賴于石油化工工業(yè)的烯烴聚合。如果利用可再生能源電解水制氫，再與溫室氣體二氧化碳反應(yīng)直接制備長(zhǎng)鏈烯烴，則會(huì)有巨大的環(huán)境效益。由于電解水設(shè)備規(guī)模小、布局分散，為了直接對(duì)接電解水制氫，需要使二氧化碳加氫反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。然而，目前二氧化碳加氫制備長(zhǎng)鏈烯烴多在高壓反應(yīng)條件下進(jìn)行。因此，實(shí)現(xiàn)二氧化碳常壓加氫制備長(zhǎng)鏈烯烴仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

二氧化碳加氫制備烯烴主要通過甲醇中間體和一氧化碳中間體路徑。由于低壓既不利于甲醇合成反應(yīng)也不利于甲醇制烴反應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)選擇了一氧化碳中間體路徑。該路徑的挑戰(zhàn)在于在常壓下設(shè)計(jì)合適的費(fèi)托合成活性位點(diǎn)。借鑒用于合成醇的改性費(fèi)托催化劑的設(shè)計(jì)思路，研究人員在鐵基催化劑的基礎(chǔ)上引入具有一氧化碳非解離吸附能力的銅位點(diǎn)，制備了具有銅-碳化鐵界面在常壓下工作的銅-鐵催化劑，該催化劑包含金屬銅、四氧化三鐵和碳化鐵等多種物相。

研究結(jié)果表明，該催化劑對(duì)長(zhǎng)鏈烯烴選擇性高達(dá)66.9%，同時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為27.3%，一氧化碳選擇性為43.7%。對(duì)比于傳統(tǒng)鐵基催化劑，該催化劑對(duì)一氧化碳和甲烷的選擇性更低，對(duì)長(zhǎng)鏈烯烴的選擇性更。研究人員發(fā)現(xiàn)，該催化劑經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)后長(zhǎng)鏈烯烴選擇性會(huì)下降，但經(jīng)過簡(jiǎn)單的再生處理即可使其長(zhǎng)鏈烯烴選擇性恢復(fù)。

這項(xiàng)研究結(jié)果揭示了二氧化碳加氫反應(yīng)過程中的碳碳鍵偶聯(lián)機(jī)制，也為二氧化碳加氫制長(zhǎng)鏈烯烴催化劑的設(shè)計(jì)提供了思路。