近日，中国科学院大连化学物理研究所化石能源与应用催化研究部低碳烃综合利用及沸石催化材料研究组(DNL0804组)朱向学研究员和徐龙伢研究员团队受邀发表了“负载型多相金属催化剂用于CO2辅助低碳烷烃氧化脱氢反应”综述文章。
CO2辅助低碳烷烃脱氢技术不仅可以生产大宗化学品低碳烯烃，还能实现CO2的资源化利用，并副产CO、H2等基础化工原料。在“双碳”目标背景下，该技术及催化剂的研发具有尤为重要的科学意义和应用前景。
近年来，CO2辅助低碳烷烃氧化脱氢反应的催化技术取得显著进展，各类金属基催化剂因其独特性质展现出不同的催化性能。本文综述了从贵金属到过渡金属以及金属氧化物、从单一金属到双金属以及多金属的高熵合金体系在CO2辅助低碳烷烃氧化脱氢反应中的最新研究成果。文章揭示了活性金属类型、活性位点化学价态和配位环境、助剂以及载体的功能作用；系统归纳了CO2在低碳烷烃脱氢反应中发挥的消除积碳、补充晶格氧以及稳定金属价态等积极作用；概述分析了引入CO2带来的竞争吸附、重整副反应以及产物分离能耗增加等不利因素；详细探讨了不同活性位点的微观结构及其在低碳烷烃和CO2活化中的协同作用机制，并提出了可能的催化性能提升改进策略。文章提出，高效氧化脱氢催化剂的构筑需要同时满足C–H键和C=O键的活化，未来多功能位点的精准调控与活性位点动力学行为的原位解析，将为CO2耦合低碳烷烃脱氢多相金属催化剂的发展提供更多的可行性方案。
该团队长期致力于烃类(及含氧化合物)催化转化和关键化学品生产技术研发，相关成果已成功应用于30余套工业装置。尤其，近年来团队开发的“乙烷-CO2耦合转化高效催化剂及技术”，已完成千吨级/年工业化试验，通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。近期，团队围绕低碳烷烃与CO2耦合转化反应开展了系统研究，实现了乙烷-CO2耦合转化反应中高稳定性Fe/Co基催化剂的构筑(ACS Catal.，2024；ACS Catal.，2023；J. Catal.，2023)；揭示了双金属活性位点在丙烷-CO2耦合转化反应中协同作用机制(ACS Catal.，2023；ChemCatChem，2022；ACS Sustain. Chem. Eng.，2021)；探究了丁烷-CO2耦合转化反应中Fe基活性相的结构演变与失活机制(Chem. Eng. J.，2023；ACS Catal.，2022)。
该综述文章以“CO2-assisted oxidation dehydrogenation of light alkanes over metal-based heterogeneous catalysts”为题，发表在《催化学报》(Chinese Journal of Catalysis)上。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院“西部之光-西部交叉团队”重点实验室专项、大连市重点领域创新团队等项目的资助。(文/图 李秀杰、张新宝)
