近日,中科院大连化物所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组(DNL19T3)孙剑和葛庆杰研究团队在CO2催化转化领域取得新进展,通过设计一种多助剂共存的铁基催化剂,实现了CO2加氢高选择性制取线性a-烯烃。该工作发表在《自然》(Nature)出版集团新刊《通讯-化学》(Communications Chemistry)杂志上。
该论文的作者郭立升是青岛科技大学化学工程与工艺专业2014届毕业生。2017年6月硕士毕业后考入日本国立富山大学,在国际知名的C1化学专家Noritatsu Tsubaki教授指导下继续从事C1化学研究,目前的研究领域包括:1. High selective production of valuable hydrocarbons from non-petroleum sources; 2. Preparation of biomass-driven catalysts for Fischer-Tropsch synthesis, 3. Rational design and fabrication of nano based catalysts。
一直以来,化工学院非常重视学生科研创新能力和创新精神的培养,尊重学生学习和成长规律,按照人才培养目标循序渐进地培养学生的科研能力。通过一系列的措施,让科研反哺教学,把课内实验教学与课外创新活动相结合,把本科生导师制与学生科研训练活动相结合,鼓励教师将自身科研、教学与学生科研训练相结合,吸纳学生参与教师课题,并及时将学生科研训练的成果转化为教学案例。在以后的人才培养过程中,化工学院将继续深化改革,积极致力于搭建培养学生创新精神和实践能力培养的平台,鼓励学生积极参加科技创新研究,不断提高人才培养质量,走出化工特色,为学校“双一流”和“五有”高水平大学建设贡献力量。
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化石能源的大量消耗使温室气体CO2的排放量急剧增加,引起全球气候变暖等日益严峻的环境问题。若能利用CO2为原料,将其直接转化为高附加值的化学品,不仅可实现碳减排,还可减轻对煤、石油等传统资源的依赖,具有重要意义。然而,二氧化碳的选择性转化是世界性的难题,制备高选择性、高稳定性的催化剂面临巨大挑战。
在前期CO2加氢直接转化制燃料汽油的研究基础上(Nat. Commun.),该团队首次提出了CO2加氢直接转化为高值化学品线性a-烯烃(LAO)的新路线。线性a-烯烃是一种非常重要且附加值极高的化工原料,被广泛应用于高级润滑油、聚烯烃等生产领域。但该产品的生产长期依赖石油,且市场严重供不应求。在最新的研究工作中,该团队通过设计氧化铁和碳化铁共存的铁催化剂,辅以玉米芯中协同共存的多种电子助剂(K、Mg、Ca等)和结构助剂(Si),突破了二氧化碳加氢C-O键活化和C-C键偶联的技术瓶颈,在温和的反应条件下,大幅提升了烯烃及线性a-烯烃的选择性,CO2单程转化率为31%,烯烃选择性达72%,C4-C17的线性a-烯烃在烯烃(C4+)中的比例突破80%。通过优化多活性位及助剂的空间排布,揭示了线性a-烯烃生成的关键控制机制,且催化剂连续运转保持稳定。该工作为利用CO2制取高值化学品的研究提供了新思路,同时也为间歇性可再生能源的利用开辟了新途径。上述研究部分工作得到了国家自然科学基金和中国科学院青促会等项目的资助。