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这是《洁净煤技术》2060碳中和的第28篇文章
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2.华东理工大学 化学与分子工程学院
YANG Qingwei， SUN Zheyi， SHAO Bin， et al. Research process in highly selective hydrogenation of COx to light olefins[J]. Clean Coal Technology ，2024， 30 (11):1-12.
（1）综述了基于金属氧化物-分子筛（(Oxide-Zeolite， OX-ZEO）路线将COx(包括CO和CO2)直接高选择性转化为低碳烯烃的研究进展，梳理了双功能催化剂中金属氧化物的种类和元素组成以及分子筛酸性和拓扑结构等关键因素对催化性能的影响。
（2）总结了OX-ZEO路线催化反应机理，探讨了双功能催化剂中氧空位作用和抑制副反应策略对COx加氢反应的调控机制。
（3）针对OX-ZEO面临的转化率和选择性之间制衡的挑战，从双功能催化剂设计、双功能活性中心匹配调控和反应机理解析三方面提出了未来相关研究方向的发展建议。
（1）双功能催化剂设计是实现COx高选择性制低碳烯烃的关键。其中金属氧化物主要决定反应的催化活性，影响其活性的主要因素包括金属氧化物种类和组成、颗粒尺寸、氧空位含量等；而分子筛则因其特定的孔道结构、酸性质、形貌等决定目标产物的分布和选择性。因此，未来亟待开发含丰富氧空位的新型二元或三元金属氧化物，增加表面氧空位密度，促进CO/CO2加氢转化；同时调节分子筛的孔道性质(如孔口尺寸和拓扑结构等)以及合适的酸密度和酸强度，使得金属氧化物表面CO/CO2加氢活化速率与分子筛酸性孔道中C—C偶联速率相匹配，在高空速条件下实现CO/CO2加氢高转化率和高产物选择性。
（2）双功能催化剂中不同的活性中心之间的协同和匹配在催化反应中至关重要，但是目前大量氧化物与分子筛双组分之间的距离研究仍然知识在微米尺度或宏观尺度下进行，对于纳米尺度的距离效应关注较少。未来需要发展合适的原位表征手段，研究金属氧化物与分子筛组分间构效关系（尤其金属-分子筛酸性位点的邻近相互作用），以确认反应过程中的真实反应中间体及其随金属氧化物-分子筛距离变化的演变规律以及二者组分之间的物质交换。
（3）OX-ZEO催化反应机理由于复杂反应网络和多种关键物种中间体的存在，目前对于CO/CO₂加氢制低碳烯烃的反应路径仍然存在争议。因此，未来需要采用同时满足高温高压的高精准尖原位表征技术，获得在真实状态下催化剂表面反应分子吸附-脱附及其在反应过程中的变化信息，并结合理论计算，以探明在金属氧化物表面CO/CO₂和H₂的活化机制、中间体的形成及扩散、分子筛上C—C耦合反应以及碳链终止机理，明确关键中间体的形成机制，从而为设计新型高效双功能催化剂提供理论指导。
图1 合成气制烯烃OXZEO路线活性和选择性的权衡[1]
[1] JIAO F, BAI B, LI G, et al. Disentangling the activity-selectivity trade-off in catalytic conversion of syngas to light olefins [J]. Science, 2023, 380(6646): 727-730.
图2 基于Fe-ZnGa2O4-2.5/SAPO-34和ZnGa2O4/SAPO-34 CO2加氢制低碳烯烃的反应机理[2]
[2] SUN Z, GAO Z, MA R, et al. Boosting CO2 hydrogenation to light olefins with low CO selectivity through promoting HCOO* intermediates on Fe-ZnGa2O4/SAPO-34 [J]. Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2024, 358: 124358.
