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近日，江南大學化學與材料工程學院劉小浩教授團隊提出了一種全新的催化劑設(shè)計策略——通過結(jié)構(gòu)封裝法，構(gòu)筑雙鈀位點-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，實現(xiàn)了二氧化碳在溫和條件下連續(xù)流一步無副反應(yīng)高效穩(wěn)定制乙醇。
相關(guān)研究成果于本月發(fā)表在國際頂級催化期刊《美國化學會·催化》(ACS Catal.2023, 13, 7110-7121)。江南大學化學與工程學院博士研究生陳杰和碩士研究生查雅君為文章的共同第一作者，江南大學化學與工程學院劉小浩教授為文章的通訊作者。
乙醇，俗稱酒精，既是重要的基礎(chǔ)化學品，又與人們的日常生活息息相關(guān)，可用于制造飲料、消毒劑、車用燃料。同時，乙醇還可以轉(zhuǎn)化為乙烯和下游高價值化工產(chǎn)品。
在乙醇制備方面，工業(yè)上一般采用糧食發(fā)酵法和煤基乙醇技術(shù)。糧食發(fā)酵法制備乙醇不可避免出現(xiàn)“與人爭糧”的局面，煤基乙醇工藝路線復雜、且制造乙醇過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳。
近年來，科學家已經(jīng)開發(fā)了多種途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，比如光催化、電催化、以及間歇釜熱催化。但都無法實現(xiàn)可控精準增碳定向生成乙醇，且易產(chǎn)生大量低價值的副產(chǎn)物。
此次，研究人員創(chuàng)新性地采用“結(jié)構(gòu)封裝法”精準構(gòu)筑“雙鈀催化位點”-納米“蓄水”膜反應(yīng)器，合成的催化劑結(jié)構(gòu)類似于一個膠囊，膠囊內(nèi)部封裝了二氧化鈰載體分散的雙鈀催化劑。膠囊的殼層具有高選擇性，疏水修飾后，保證內(nèi)部生成的水富集而產(chǎn)物乙醇可以溢出。其中的水環(huán)境可以穩(wěn)定雙鈀活性位點，該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下（3 MPa，240 ℃）二氧化碳近100%選擇性高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為乙醇。
劉小浩介紹，該催化劑的合成工藝和催化反應(yīng)路線簡單，具備大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景。
此外，二氧化碳（CO2）因其強溫室效應(yīng)導致全球氣候顯著變暖和極端天氣頻繁出現(xiàn)，已引起全球各國高度重視。作為一種碳源，該研究的突破性進展奠定了CO2精準催化增碳的理論基礎(chǔ)，為捕捉和利用溫室氣體CO2開辟了新的路徑。
