近日，煤科學(xué)與技術(shù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地傳出喜訊，該基地黃偉教授團(tuán)隊(duì)在非貴金屬CuZnAl漿狀催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化制乙醇研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際催化頂尖期刊Journal of Catalysis（2019,380:68-82）上。論文第一作者為團(tuán)隊(duì)青年教師白慧講師，通訊作者為黃偉教授。

作為有前景的綠色替代能源，乙醇在車用汽油添加劑和燃料電池氫載體領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛力。眾所周知，CuZnAl是工業(yè)甲醇合成催化劑，長期以來從未被發(fā)現(xiàn)具有明顯的乙醇合成能力。黃偉教授團(tuán)隊(duì)在前期實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)采用自主發(fā)明的完全液相法制備的CuZnAl漿狀催化劑具有顯著的合成乙醇能力，最好的結(jié)果乙醇選擇性在全部產(chǎn)品中可達(dá)40%以上，然而其乙醇生成機(jī)理和各組分的作用尚不清晰。

該論文在課題組實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果基礎(chǔ)上構(gòu)建了Cu/ZnO/Al₂O₃三元催化劑模型，結(jié)合密度泛函理論（DFT）和微觀動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)研究了CuZnAl催化劑表面合成氣向乙醇轉(zhuǎn)化過程中可能的反應(yīng)路徑，全面揭示了三組元在合成氣轉(zhuǎn)化制乙醇過程中的協(xié)同作用。結(jié)果表明，Cu-ZnO協(xié)同促進(jìn)CO初始活化生成CHO；三組元協(xié)同對(duì)CH₃OH直接解離生成CH₃起著關(guān)鍵作用，該基元反應(yīng)是貫穿整個(gè)過程的速率控制步驟；Cu-Al組分協(xié)同有助于CO插入CH₃物種實(shí)現(xiàn)初始碳鏈的增長。另外，該論文還提出了CuZnAl催化劑上合成氣直接轉(zhuǎn)化制乙二醇的可能性。熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)能壘及電荷分析表明，乙二醇生成可以通過Cu-ZnO協(xié)同催化CHO耦合來實(shí)現(xiàn)碳鏈增長。

長久以來，合成氣直接制乙醇一直是一碳化學(xué)化工領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)，通常采用的催化劑可以分兩類，一類是改性的F-T合成催化劑，一類是貴金屬Rh基催化劑。改性的F-T催化劑一般是由F-T組元負(fù)責(zé)碳鏈增長，Cu組元負(fù)責(zé)CO插入并實(shí)現(xiàn)碳鏈終止。由于F-T組元生成碳鏈能力強(qiáng)，致使醇產(chǎn)物碳鏈分布寬、總醇和乙醇選擇性不高。貴金屬Rh基催化劑可以高選擇性的生成C₂含氧化合物，后續(xù)加氫可以高選擇性地得到乙醇，但由于Rh的價(jià)格昂貴，阻礙了其工業(yè)應(yīng)用。該論文研究成果為發(fā)展可行的煤經(jīng)合成氣高選擇性直接制乙醇的工業(yè)過程奠定了技術(shù)和理論基礎(chǔ)，同時(shí)也突破了以往對(duì)碳鏈增長與催化劑組分、結(jié)構(gòu)間關(guān)系的理論認(rèn)識(shí)。

相關(guān)成果擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已授權(quán)中國發(fā)明專利10余項(xiàng)和美國專利1項(xiàng)。該項(xiàng)研究先后得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、面上和青年項(xiàng)目（21336006，21176167，21703151），山西省重點(diǎn)項(xiàng)目（201803D121043）和山西省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目（201802052）的資助。

文章鏈接及DOI號(hào)：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951719304956

DOI:10.1016/j.jcat.2019.10.002