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隨著人類對化石能源的大量使用，全球變暖正在逐漸成為關乎人類生存的不可忽視的重要課題。在碳中和背景下，一些科學家認為，二氧化碳作為溫室效應的罪魁禍首，特別是水泥制造、啤酒廠和燃料加工設施釋放的高純度二氧化碳，有期望可以被視為合成目前原本由化石資源所生產的化學品的替代品和候選者。
在各個國家對這一領域展開研究的時候，中國科學家突破世界紀錄值，常壓下二氧化碳加氫制長鏈烯烴，最高達到了66.9%，等同世界紀錄值，引起了全世界的關注。
長鏈烯烴在精細化工領域具有廣泛應用，例如用于合成洗滌劑、高辛烷值汽油、潤滑油、農藥、增塑劑生產等。目前，工業(yè)合成長鏈烯烴的普遍方法是基于乙烯的齊聚反應，而乙烯主要來自于石油資源。與之相比，利用可再生能源電解水制氫，再與二氧化碳反應直接制備長鏈烯烴，則會產生巨大的環(huán)境效益。
二氧化碳加氫制備長鏈烯烴主要分為三步：
01二氧化碳加氫到一氧化碳
02一氧化碳加氫到甲基和亞甲基
03甲基和亞甲基在催化劑表面聚合得到長鏈化合物
根據(jù)勒夏特列原理，常壓不利于長鏈烯烴的形成，目前二氧化碳加氫制備長鏈烯烴多在高壓反應條件下進行。但由于電解水設備規(guī)模小、布局分散，為了直接對接電解水制氫，需要使二氧化碳加氫反應在常壓下進行。
該反應的主要難點在于甲基和亞甲基的聚合需要足夠高的壓力，在常壓條件下無法產生足夠多的甲基和亞甲基，從而難以聚合形成長鏈產物。
為了解決常壓下的二氧化碳制長鏈烯烴，中國科學家開發(fā)出的銅—碳化鐵界面型催化劑，銅具備一氧化碳的非解離吸附能力，碳化鐵能催化生成甲基和亞甲基。在銅和碳化鐵的界面處，銅位點吸附的一氧化碳插入到甲基和亞甲基的端基，然后加氫脫水形成新的甲基和亞甲基單元，如此循環(huán)往復使碳鏈增長，最后脫附形成長鏈烯烴。該催化劑在常壓條件下對長鏈烯烴的選擇性高達66.9%，與目前文獻報道的在高壓反應條件下的世界紀錄值（66.8%）相當。
事實上，將二氧化碳人工轉化為高附加值化合物，“變廢為寶”不止這一例。今年4月28日，《自然·催化》發(fā)表了一項最新研究成果。我國科研人員通過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，并進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。
去年9月，我國科學家還首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關成果由國際知名學術期刊《科學》發(fā)表。
近年來，隨著新能源發(fā)電的迅速崛起，電力成本下降，二氧化碳電還原技術已經具備與依賴化石能源的傳統(tǒng)化工工藝競爭的潛力。因此，高效的二氧化碳電還原制備高附加值化學品和燃料的工藝被學界認為是建設未來“零碳排放”物質轉化的重要研究方向之一。
文章來源：中國化工報
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