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上海科学家在二氧化碳加氢催化剂研究上有了突破

作者:郜阳 来源:新民晚报 发布时间:2020-06-19 浏览:
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近日,中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高等研究院-上海科技大学低碳能源联合实验室研究员孙予罕、高鹏和李圣刚带领的团队在二氧化碳催化加氢催化剂研发中取得重要进展,实现了更高性能氧化铟催化剂的理性设计与合成。相关成果今天凌晨在线发表在《科学·进展》上。

二氧化碳催化加氢反应耦合太阳能、风能、生物质等可再生能源,是一条绿色、可持续的甲醇、汽油等液体燃料的合成途径,是循环经济包括“液态阳光”和“甲醇经济”的重要一环,也可用于其它基础化学品如烯烃、芳烃等的合成。

近年来,越来越多的研究表明,一些氧化物催化体系在该系列反应中具有独特的优势,受到国内外研究者的广泛关注,但仍需进一步提升此类催化剂的反应性能,才有望继续扩大二氧化碳加氢工业应用领域的战果。

记者了解到,在这项研究中,科研人员通过密度泛函理论计算发现,立方相氧化铟表面可形成两个截然不同的二氧化碳吸附结构,且分别对应于目标产物甲醇和副产物一氧化碳的生成路径。为了快速搜索更有利于甲醇生成的氧化铟催化剂,研究人员扩大了第一性原理计算范围,考察了氧化铟主要晶相及其相对稳定的晶面,并根据理论计算得到的反应路径建立了定性的催化性能预测模型。

根据理论模型预测,一种热力学亚稳定的六方相氧化铟的表面会在二氧化碳加氢反应中表现出更高的活性和甲醇选择性。因此,研究人员进一步采用极其简单的合成方法制备出具有不同晶相和形貌的氧化铟材料,对它们进行了详细的结构分析和波谱表征,并考察了它们在二氧化碳加氢反应中的催化性能,建立了氧化铟催化剂的构效关系。

科研人员告诉记者,目前的研究成果很好地展示了计算科学应用于工业催化剂辅助设计的巨大潜力,其所发现的高性能氧化铟催化剂有望被用于二氧化碳加氢制甲醇的工业过程,也将进一步推动二氧化碳加氢制低碳烯烃、汽油及芳烃等高碳烃的氧化物/分子筛双功能催化剂的研发与工业应用。

关键字:加氢催化剂

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