二氧化碳(CO2)，一種主要的溫室氣體，被認(rèn)為是全球氣候變暖的罪魁禍?zhǔn)?。近年?lái)，受碳排放政策影響，各國(guó)都在努力實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排。汽油則是全球用量最大的燃料之一。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，汽油不僅是一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)生活必需品，也成為了許多普通老百姓的日常用品。

一個(gè)是導(dǎo)致氣候變暖的溫室氣體，一個(gè)是人們?nèi)找嬉蕾嚨膶氋F能源，二者看似毫無(wú)關(guān)聯(lián)，但在科學(xué)家眼中卻變得密不可分。

近日，中科院大連化物所孫劍、葛慶杰研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了二氧化碳高效轉(zhuǎn)化新過(guò)程，通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型多功能復(fù)合催化劑，首次實(shí)現(xiàn)了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油。該研究成果于近日在英國(guó)《自然-通訊》雜志上發(fā)表，相關(guān)過(guò)程和催化材料已申報(bào)多項(xiàng)發(fā)明專利，被同行譽(yù)為"CO2催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展"。

在自然界中，植物從空氣中吸收CO2，經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和氧氣，過(guò)程緩慢。所以一直以來(lái)，化學(xué)家們努力想通過(guò)化學(xué)方式回收利用CO2。如果以CO2作為原料生產(chǎn)汽油，將是一種潛在替代化石燃料的清潔能源策略，不僅可有效降低CO2造成的溫室效應(yīng)，還可減輕對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴。但CO2的活化與選擇性轉(zhuǎn)化面臨巨大挑戰(zhàn)。相比于更活潑的孿生兄弟一氧化碳(CO)，CO2分子非常穩(wěn)定，難以活化，與經(jīng)典的費(fèi)托合成路線相比，CO2與氫分子的催化反應(yīng)更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，很難生成長(zhǎng)鏈的液態(tài)烴燃料。

針對(duì)上述問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種高效穩(wěn)定的多功能復(fù)合催化劑，通過(guò)多活性位的協(xié)同催化作用，在接近工業(yè)生產(chǎn)的條件下，實(shí)現(xiàn)烴類產(chǎn)物中汽油餾分烴的選擇性達(dá)到78%，遠(yuǎn)超文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果。而且，汽油餾分主要為高辛烷值的異構(gòu)烷烴和芳烴，基本滿足國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)對(duì)苯、芳烴和烯烴的組成要求。該催化劑還可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)以上，顯示出潛在的應(yīng)用前景。

與傳統(tǒng)催化劑不同，該催化劑包含三種相互兼容、相互補(bǔ)充的活性位(Fe3O4、Fe5C2和酸性位)。CO2分子借助于精心構(gòu)造的三組分活性位實(shí)現(xiàn)了"三步跳"的串聯(lián)轉(zhuǎn)化。CO2首先在Fe3O4活性位上經(jīng)逆水氣變換反應(yīng)還原為CO;生成的CO在Fe5C2活性位上作費(fèi)托合成反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為α-烯烴;隨后，該烯烴中間物遷移到分子篩上的酸性位上，選擇性生成汽油餾分烴。對(duì)三活性位結(jié)構(gòu)和空間排布的精準(zhǔn)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)CO2加氫制汽油的關(guān)鍵。

該項(xiàng)新技術(shù)不僅為CO2加氫制液體燃料的研究拓展了新思路，也為間歇性可再生能源(風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等)的利用開(kāi)辟了新途徑。這一新過(guò)程除了可降低CO2排放之外，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

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