郭新聞教授團(tuán)隊(duì)二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化研究新進(jìn)展
CO2加氫制備烴類產(chǎn)物是應(yīng)對(duì)全球氣候變化和緩解能源危機(jī)的重要之舉。在傳統(tǒng)費(fèi)托合成反應(yīng)中，常用Co基催化劑通過(guò)CO加氫生成大量C2+烴類產(chǎn)物。然而，在CO2-FT合成反應(yīng)中，Co基催化劑的CO2甲烷化反應(yīng)活性較高，在沒(méi)有堿金屬加入的情況下，幾乎沒(méi)有C2+烴類產(chǎn)物生成。
基于Co基催化劑上C2+產(chǎn)物選擇性差、其晶相結(jié)構(gòu)對(duì)CO2加氫產(chǎn)物選擇性影響較大等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，大連理工大學(xué)郭新聞教授課題組在Applied Catalysis B: Environmental（影響因子為19.503）發(fā)表題為“Crystallographic Dependence of CO2 Hydrogenation Pathways over HCP-Co and FCC-Co Catalysts”的研究論文。
該工作利用原位表征技術(shù)對(duì)純相HCP-Co和FCC-Co催化劑在真實(shí)工作狀態(tài)下的微觀結(jié)構(gòu)和表面活性物種進(jìn)行細(xì)致的分析，結(jié)合DFT理論計(jì)算，探究CO2加氫反應(yīng)在HCP-Co和FCC-Co上的優(yōu)勢(shì)反應(yīng)路徑。CO2加氫在HCP-Co上的產(chǎn)物以CH4為主，在FCC-Co上的產(chǎn)物以CO為主。其中，CO2在HCP-Co和FCC-Co上均以直接解離的方式進(jìn)行活化（CO2*→CO*+O*）。由CO2直接解離產(chǎn)生的CO*，通過(guò)直接裂解（CO*→C*+O*）的反應(yīng)能壘較高，更傾向于加氫（CO*+H*→HCO*）生成CH4或者直接脫附生成CO。CO*轉(zhuǎn)化路徑由其吸附強(qiáng)度決定，是影響HCP-Co和FCC-Co上產(chǎn)物選擇性差異的主要原因。而CO*的吸附強(qiáng)度，受CO2*表面覆蓋度和O*表面覆蓋度的影響，最終導(dǎo)致CO*在HCP-Co上吸附略強(qiáng)，通過(guò)繼續(xù)加氫生成CH4，而在FCC-Co上CO*更容易脫附，形成最終產(chǎn)物CO，這也是Co基催化劑在CO2加氫和CO加氫反應(yīng)中產(chǎn)物選擇性差異的重要原因。
該工作還考察了堿金屬K在CO2加氫中的作用機(jī)制。K通過(guò)促進(jìn)CO2吸附、減小O*物種的移除能壘，顯著提高了HCP-Co和FCC-Co催化劑上的CO2轉(zhuǎn)化活性，并通過(guò)HCOO*路徑生成少量C2+烴類產(chǎn)物。文章通過(guò)改變Co基催化劑晶相結(jié)構(gòu)和電子分布，調(diào)變催化劑對(duì)反應(yīng)物和中間物種的吸附和加氫活化能力，從而提高C2+烴類產(chǎn)物的選擇性，為設(shè)計(jì)合成高活性Co基催化劑提供了新思路。
論文第一作者為大連理工大學(xué)化工學(xué)院博士后李文慧和聶小娃副教授，共同通訊作者為化工學(xué)院聶小娃副教授、郭新聞教授。工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、遼寧省“興遼英才”計(jì)劃高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、以及大連理工大學(xué)大型儀器設(shè)備開放共享基金資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121529
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