近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室能源與環(huán)境小分子催化研究中心鄧德會研究員、于良副研究員團隊與廈門大學(xué)王野教授團隊合作在合成氣直接制多碳醇研究中取得新進展。合作團隊利用鉀修飾的富邊結(jié)構(gòu)硫化鉬催化劑，實現(xiàn)了合成氣高活性、高選擇性制多碳醇，為催化劑活性中心納米結(jié)構(gòu)與微環(huán)境的理性設(shè)計提供了借鑒。
多碳醇，指含有2個碳原子以上的醇（即C2+OH），其被廣泛用作化工原料、燃料、燃料添加劑和溶劑等。合成氣（CO/H2）制C2+OH是煤、天然氣和生物質(zhì)等非石油基碳資源的高值化轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。該反應(yīng)涉及兩個關(guān)鍵步驟：C-O斷鍵和C-C偶聯(lián)。對兩個步驟的精準調(diào)控是實現(xiàn)合成氣高活性、高選擇性制C2+OH的關(guān)鍵，但卻具有挑戰(zhàn)性。
大連化物所實現(xiàn)合成氣高選擇性制多碳醇
鄧德會團隊長期致力于能源與環(huán)境小分子的催化轉(zhuǎn)化研究，前期在小分子催化轉(zhuǎn)化制高值化學(xué)品的研究中取得了系列進展（Nat. Catal.，2023；Nat. Catal.，2023；Nat. Synth.，2023； Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2021；Nat. Nanotechnol.，2016）。在此基礎(chǔ)上，該團隊與王野團隊合作，基于納米孔道限域生長機制，合成了鉀助劑修飾的、具有豐富邊結(jié)構(gòu)且尺寸均一的二維硫化鉬納米片陣列催化劑（ER-MoS2-K），其在240oC、50bar下，實現(xiàn)了17%的CO轉(zhuǎn)化率和45.2%的C2+OH選擇性。合作團隊通過調(diào)變MoS2的邊/面比，可實現(xiàn)產(chǎn)物中C2-4OH/CH3OH比例從1/2.4逆轉(zhuǎn)為2.2/1，并且C2+OH產(chǎn)物中C2-4OH的占比超過99%。機理研究顯示，邊硫空位比面內(nèi)硫空位具有更高的C-O斷鍵和C-C偶聯(lián)活性，促進了碳鏈增長；鉀助劑通過與醇羥基的靜電作用，促進了醇分子的脫附，兩者結(jié)合實現(xiàn)合成氣高活性、高選擇性制C2-4OH。該工作為合成氣轉(zhuǎn)化新型催化劑的開發(fā)提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Edge-rich molybdenum disulfide tailors carbon-chain growth for selective hydrogenation of carbon monoxide to higher alcohols”為題，發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項“功能納米系統(tǒng)的精準構(gòu)筑原理與測量”、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。
