大连化学物理探讨所二氧化碳催化加氢合成异构

作者: 必德电竞  发布:2019-06-20

近日,中国科学院大连化学物理研究所生物分子结构表征新方法创新特区研究组研究员王方军团队在醇类脱水异相催化反应中产生的短寿命阳离子质谱检测方面取得新进展,相关工作发表在《通讯-化学》(Communications Chemistry)上,并在Nature Research Chemistry Community网站“Behind The Paper”栏目中发表了题为Short-lived cationic species profiling by mass spectrometry的研究心得。

近日,中国科学院大连化学物理研究所生物分子结构表征新方法创新特区研究组研究员王方军团队在醇类脱水异相催化反应中产生的短寿命阳离子质谱检测方面取得新进展,相关工作发表在《通讯-化学》(Communications Chemistry)上,并在Nature Research Chemistry Community网站“Behind The Paper”栏目中发表了题为Short-lived cationic species profiling by mass spectrometry的研究心得。

近日,中国科学院大连化学物理研究所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组孙剑和葛庆杰研究团队在CO2催化加氢合成异构烷烃研究方面取得新进展,相关成果以研究论文形式在美国化学会出版的ACS Catalysis上发表。

必德电竞,阳离子物种被认为是醇类脱水等异相催化反应过程中的重要中间体,但是由于其寿命短、活性高、浓度低、组成复杂,长期以来缺少可以直接进行高通量全面分析的技术手段。针对此问题,该研究团队在静电场轨道阱质谱离子入口处集成了催化反应微型反应器,醇类反应物在加热和真空条件下快速气化,通过固相催化剂(三氧化二铝或分子筛)后直接进入质谱系统进行检测,极大缩短了阳离子物种进入质谱检测的时间。同时,由于高分辨质谱的使用,可以通过精确分子量直接确定阳离子的元素组成。

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以CO2为碳源,与可再生能源电解水产生的H2催化转化为高附加值的烃类化合物,不仅可实现CO2减排,还可解决对化石燃料的过度依赖及可再生能源的存储问题,具有重要的战略意义。精准调控C-O键活化和C-C键偶联是CO2加氢转化中非常具有挑战性的问题,是实现CO2高效转化利用的关键。该团队近年来通过设计多活性位催化剂,已经实现了CO2加氢直接转化制取汽油馏分烃(Nature Communications)、线性a-烯烃(Communications Chemistry)和低碳烯烃(Catalysis Science & Technology)。

该团队系统研究了甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇和戊醇在分子筛(H-beta或H-ZSM5)催化脱水反应中产生的阳离子物种,并成功解析了其中470多种阳离子的元素组成。研究发现在醇类催化脱水反应中不仅存在大量碳正离子,还存在大量含氧阳离子物种,这可能是由催化反应产生的碳正离子中间体进一步与醇类反应所产生。不同种类阳离子物种的含量分布与催化剂的活性直接相关,活性更高的H-ZSM5催化剂可以显著降低含氧阳离子的种类和浓度。该工作为研究异相催化反应机理和相关催化剂的优化筛选提供了一种全新的技术手段和研究策略。

在该工作中,位健、姚如伟等通过将Na-Fe3O4和HMCM-22分子筛耦合组成多功能催化剂,实现了逆水汽变换、C-C偶联和异构化三个串联反应的高效协同催化,成功利用CO2和H2一步、高收率地合成了异构烷烃。当CO2单程转化率控制在26%左右时,CO选择性仅为17%,碳氢化合物中C4 烃选择性可达82%,而其中异构烷烃占比高达74%,时空收率可达105 mgiso gcat-1h-1。研究表明,MCM-22分子筛具有的独特孔道结构和Br必德电竞 2nsted酸性质促进了烯烃中间体向异构化反应方向进行,同时抑制了芳构化反应。此外,该研究还对异构烷烃形成历程、分子筛失活原因、积碳形成本质以及分子筛再生方法等进行了探讨。该工作为CO2加氢制取高碳烃催化剂的设计和应用提供了新思路。

该研究工作得到中科院青促会和大连化物所自主部署项目支持。

上述研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和中科院青促会等的资助。

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大连化物所异相催化反应中短寿命阳离子质谱检测研究获进展

大连化物所二氧化碳催化加氢合成异构烷烃研究取得新进展

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