ChemCatChem:通过甲醇为介导的异相催化法实现二氧化碳的选择性转化以制备高价值的碳氢化合物

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将二氧化碳(CO2)利用热催化转化的方法,生产有价值的碳氢化合物已成为减缓人为CO2排放以及生产可替代化石燃料产品的很有前景的解决方案之一。美国Texas A&M 大学 Manish Shetty博士课题组与Los Alamos 国家实验室杨小琨博士课题组在合作研发新型异相催化剂期间,针对近年来在异相催化选择性转化CO2以制备高价值的碳氢化合物方向上发表过的文献进行了提炼总结,尤其针以甲醇为介导的反应路径及催化剂类型做了如下综述,为进一步研发新型异相催化剂以及提高CO2热催化转换选择性方面提供了借鉴与指导性方案。


本综述着重强调了通过甲醇为中间体的CO2直接热催化加氢转化以形成碳氢化合物的反应路径比起逆向水煤气变换与费舍尔-特罗普合成的反应路径(RWGS-FTS)具有更高的碳氢化合产物选择性,例如,烯烃、芳香烃和较长碳链的碳氢化合物,因为它不需要遵循Anderson-Schulz-Flory分布。但复杂的产物分布仍然是一个挑战。本文主要提炼了通过甲醇为介导的异相催化法选择性转化二氧化以制备高价值的碳氢化合物方向取得的最新进展,并总结了现有的不足之处,其中概括了该反应路径面临的挑战,并强调了选择催化剂组分的关键性。最后,基于作者的实验经验与研究成果,提出了几种潜在的解决方案,旨在加速提高CO2加氢转化热催化反应路线的有效性。



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本综述涵盖了最新催化剂设计以及通过甲醇途径进行CO2加氢的机理研究的最新研究进展(珊瑚色/粉红色方框)。此外,综述还指出了现有研究中的不足和可改进之处(蓝色方框),以探讨甲醇介导的CO2串联加氢反应的潜力。作者着重讨论了金属及金属氧化物作为甲醇中间体合成的主要催化剂与甲醇反应制备碳氢化合物的沸石催化剂的关键催化机理与偕同催化效用,更详细总结了不同催化剂结构对反应机理以及产物选择性的重要影响。

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本文提炼总结了通过甲醇途径进行CO2加氢的催化剂设计的新策略。包括:A) 沸石封装催化剂,改编自Cui等人;B) 核-壳结构催化剂,改编自Ye等人;以及C) MOF衍生催化剂(MIL-125-NH2-CuI)。这些新型催化剂均用于探测近距离效应并控制串联催化剂的性质,例如沸石酸性、金属氧化物的分散性和对失活的抑制性。此外,文章还简单讨论了其他影响因素以及可能的未来发展方向,比如如何抑制CO副产物的生成,如何创新反应器类型,比如沸石膜反应器,以及如何设计一个整合的串联反应系统,并配合开发数据驱动的模型,以增强该反应路径的经济可行性。解决上述选择性挑战、填补研究空白,将成为实现该技术广泛工业应用的必经之路。

文信息

Selective Valorization of CO2 towards Valuable Hydrocarbons through Methanol-mediated Tandem Catalysis

Fatima Mahnaz, Violet Dunlap, Ryan Helmer, Siddhesh Shirish Borkar, Dr. Ricardo Navar, Dr. Xiaokun Yang, Prof. Manish Shetty


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202300402




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