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圖. 基於雙功能催化二氧化碳直接制液體燃料在國家自然科學基金項目（項目編號：91545112，21573271，21403278）等資助下，科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨上海高等研究院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室在二氧化碳（CO2）利用領域取得重大進展，創造性地採用氧化銦/分子篩（In2O3/HZSM-5）雙功能催化劑，實現了CO2一步轉化高選擇性得到液體燃料。相關研究成果以「Direct conversion of CO2 into liquid fuels with high selectivity over a bifunctional catalyst」（基於雙功能催化的二氧化碳直接高選擇性合成液體燃料）為題，於6月12日在Nature Chemistry上在線發表。成果已申報發明專利和國際PCT專利。科學院上海微系統研究所參與了部分工作。隨著能源需求的日益增長，化石燃料的消耗與CO2排放總量快速上升，而可再生能源（太陽能、風能、核能等）大規模使用卻受限於其固有的間歇性、波動性與隨機性。藉助可再生能源電解水製得的氫氣將CO2轉化為有用的化學品或燃料，可以同時解決大氣中CO2濃度增加導致的環境問題、化石燃料的過度依賴以及可再生能源的存儲問題。汽油和航煤等烴類化合物是重要的運輸燃料，在世界範圍內應用廣泛、具有很高的經濟價值。諾貝爾化學獎獲得者歐拉（Olah）教授提出了「人工碳循環」的概念，若藉助可再生能源將CO2目前，CO2資源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等簡單碳一（C1）分子化合物的合成，而由於CO2分子的化學惰性以及C–C鍵形成的動力學障礙，將其轉化為含有兩個碳原子及以上的產物仍然是一個巨大的挑戰。由於缺乏有效的催化劑體系，將CO2直接合成高碳烴類化合物的研究較少。現有的CO2合成高碳烴類化合物的研究主要圍繞改性的鐵基費托催化劑，但費托合成產物碳數分佈很寬、選擇性受限於ASF分佈，且副產物CH4的選擇性也較高（通常大於6%）。近期，孫予罕、鍾良書和高鵬團隊又在CO2直接合成高碳烴類化合物方面取得了突破性進展。該研究團隊巧妙地將C=O鍵活化與C–C鍵偶聯功能有效耦合在一起，成功地設計出了In2O3/HZSM-5雙功能催化劑，在CO2高選擇性轉化為高碳烴方面取得突破（見圖）。烴類產物中汽油烴類組分（C5~C11）的選擇性高達近80%，而CH4的選擇性小於1%，汽油烴類組分以高辛烷值的異構烴為主，異構烴與正構烴的比例高達16.8。研究發現，雙活性位的空間距離及落位的精準控制對烴類組分的生成起著至關重要的作用。除了汽油烴類組分，通過調控該催化劑體系的分子篩孔徑，還可以高選擇性地將CO2直接轉化為液化石油氣（LPG）乃至柴油。此外，研發團隊已完成了催化劑製備放大並得到高機械強度的工業尺寸顆粒催化劑，在工業條件下該催化劑體系具備了示範應用的條件。多年來，科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室在CO2高效活化轉化領域做了大量的研究工作並取得了系列研究成果。新型高效的CO2加氫合成甲醇催化劑於2016年完成了1200小時連續運轉的單管試驗以及10–30萬噸/年二氧化碳甲醇技術工藝包的編製，近期將與企業合作開展千噸級工業側線試驗。相關閱讀責編：高天曉 唐軼博校對：劉兆慶 賈雷坡審核：夏 露