KAUST 开发了将捕获的二氧化碳 (CO2) 转化为燃料和其他有价值的石化产品的多功能催化剂，旨在实现独立于传统化石燃料的可持续绿色经济。领导这项研究的豪尔赫·加斯康 (Jorge Gascon) 表示，这些催化剂可以通过防止新的排放量来帮助扭转不断增加的 CO2排放，而无需对现有基础设施进行彻底检修。
CO2是导致全球变暖的关键因素，它也可以作为有用碳氢化合物的原材料。然而，它的高化学稳定性使得将其转化为更有用的东西非常具有挑战性。
有几种策略可用于使用传统的多相催化剂将 CO2转化为各种碳氢化合物。然而，这些催化剂在根据目标应用调整产品分布的能力方面受到严重限制，博士解释说。学生 Abhay Dokania。
Gascon 的团队设计了一种方法，利用多种催化剂协同作用。该催化剂将金属基催化剂与酸性沸石(一种有序的微孔催化材料)相结合，将 CO2直接转化为多种碳氢化合物，如轻质烯烃、芳烃和石蜡。
生产甲醇的铟钴催化剂与催化甲醇到烃反应的锌改性沸石的混合物产生了汽油级异链烷烃，如异丁烷和异辛烷，选择性为 85%¹。这些高辛烷值碳氢化合物因其抗爆性能和燃油效率而备受追捧，但之前却被忽略为目标产品。高催化剂选择性与沸石孔结构和产生支化烃的倾向一致。
“我们并不是从头开始这个项目，”研究工程师 Adrian Ramirez Galilea 说。“然而，我们对在异链烷烃馏分中表现出如此高的选择性感到非常惊讶。仍有工作要做，但我们相信我们走在正确的轨道上。”
“通过详尽的光谱探测工作，该团队揭示了沸石内部不寻常的锌簇，这有助于确定反应过程中每种催化剂组分的精确作用，从而优化催化剂，”多卡尼亚说。
丙烷是一种必不可少的商品，其市场份额不断增长，但它的 CO2生产却被忽视了。KAUST 研究人员与欧洲领先大学团队一起，使用钯-锌基催化剂合成丙烷，该催化剂可形成甲醇和对三碳化合物具有高选择性的沸石²。
该催化系统对丙烷的选择性超过 50%，CO2转化率接近 40%，CO 选择性仅为 25%。“我们将这些结果归因于催化剂组分之间的密切接触，”拉米雷斯说。这改变了整体 CO2/甲醇/CO 平衡，以最大限度地提高 CO2的转化量，同时最大限度地减少形成的 CO 量。钯组分还将石蜡选择性提高到 99.9%。
多功能催化剂有望加强对碳氢化合物产品范围的控制，并产生通常无法获得的石化产品。然而，进一步的性能增强取决于能够更好地理解其中的化学反应，尤其是沸石在整个反应机制中的作用。研究人员将铁基加氢催化剂与八种不同的沸石结合，并鉴定出被沸石捕获的有机化合物，以阐明沸石的反应性³。
尽管反应机制复杂，但该团队根据选择性将所有沸石分为四个不同的组：两组形成轻质烯烃和长烯烃，两组产生链烷烃和芳香族化合物。“因此，从 CO2 中获得特定产品就像在多功能系统中选择合适的沸石一样容易，”拉米雷斯说。
研究人员现在正在优化他们的多功能催化剂，以更接近循环碳经济，这是 KAUST 采取的一项举措，以支持减少、再利用、回收和消除碳排放。
“我们已经生产了属于汽油燃料范围的碳氢化合物，但在使用之前需要进行大量的额外处理。因此，我们的下一步是应用我们所学到的知识，直接从 CO2 中生产插入式燃料，无需任何额外处理即可使用，”Dokania 说。
