非均相催化CO₂与烃类协同催化转化的最新进展

摘要

在当今时代，全球极端天气事件呈现出愈发频繁的态势，过量温室气体排放是极为关键的诱因。二氧化碳（CO₂）是最主要的温室气体之一，排放量逐年递增，迫使人们采取行之有效的行动以应对过量CO₂排放的影响和威胁。全球各国都在探索脱碳技术以实现净零排放。从能源角度来说，CO₂是一种丰富且低成本的碳资源，其可通过与烃类化合物（如烷烃、烯烃、芳香烃和聚烯烃等）协同转化为高值化学品。通过氢转移，CO₂可被还原成CO，同时形成H₂O。通过CO₂和烃分子干重整，可转化为合成气（CO和H₂）。此外，CO₂还可以插入烃分子，引起碳链增长，生成醇类、羧酸和芳烃等物种。然而，由于CO₂的热力学稳定性和动力学惰性，以及烃类中C―H键的键能较高和极性较小，CO₂和烃类的协同转化极具挑战。本综述重点介绍在非均相催化剂上协同催化CO₂和不同烃类增值转化的产物和反应效率的最新进展，探讨了CO₂和烃类转化中涉及的相关反应动力学模型（Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal）。此外，设计具有不同活性位点的双功能催化剂可分别活化这两种反应分子，以及调控酸碱性、构筑氧空位和优化界面位点是增强催化性能的有效策略。最后，提出了CO₂与烃类共转化技术的未来发展方向，并对低碳发展战略提出了建议。

关键词

二氧化碳 / 烃类 / 协同催化增值 / 增值化学品 / 非均相催化

基金资助

国家自然科学基金(22406009,U23A20120); 河北省自然科学基金重点项目(B2021208033); 北京市教委科技计划重点项目(KZ202210005011)资助