科研進展
蘭州化物所聯(lián)合武漢大學(xué)和西安科技大學(xué)在CO2高值化利用方面獲新進展
將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品是實現(xiàn)低碳循環(huán)經(jīng)濟和“雙碳”目標的重要途徑。其中，利用可再生電能將CO2轉(zhuǎn)化為燃料或化學(xué)品是一條關(guān)鍵的技術(shù)路線。然而，目前CO2電還原的產(chǎn)物主要集中在C1或C2,尚未實現(xiàn)多碳產(chǎn)物的高選擇性構(gòu)建,尤其是單一多碳產(chǎn)物的高選擇性制備。鑒于CO2還原為CO具有較為成熟的技術(shù)積累以及羰基化反應(yīng)可高選擇性構(gòu)建單一多碳產(chǎn)物，可通過將CO2還原與羰基化反應(yīng)相耦合來實現(xiàn)CO2的高值化利用。
近期，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所低碳催化與二氧化碳利用全國重點實驗室催化羰化與氰化組與武漢大學(xué)莊林教授、西安科技大學(xué)羅振敏教授團隊合作在CO2利用上取得新進展。
在此前氧化羰基化研究的基礎(chǔ)之上（Science,2024,386: 776-782；Angew Chem Int Ed,2020,59: 2080-2084；ACS Catal.,2023,13: 735-743;ChemSusChem,2022,15: e202102400；分子催化,2020,34,182–192;2024,38,297–308），研究人員通過一種CO2全利用策略,將CO2-H2O共電解生成的CO/O2作為原料，與乙烯/乙炔的氧化雙羰基化合成CO2基C4雙酯類化合物，如丁二酸二甲酯、富馬酸二甲酯和馬來酸二甲酯等，這類化合物在可降解聚合物(聚丁二酸二丁酯)、增塑劑、溶劑、表面活性劑、有機合成中間體等多個領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的用途。與傳統(tǒng)的烯/炔烴羰基化相比較，烯/炔烴氧化羰基化能同時插入兩個羰基，生成更有價值的化學(xué)品。此外，尚未電解的CO2可作為氣體抑爆劑，可消除或降低乙烯/乙炔氧化雙羰基化反應(yīng)過程中潛在的爆炸風(fēng)險。
圖1. 本文提出的CO2全利用策略
結(jié)果表明，在400mA/cm2的工業(yè)規(guī)模電流密度下,CO2-H2O共電解過程表現(xiàn)出優(yōu)異的CO/O2選擇性以及穩(wěn)定性。CO2-H2O共電解產(chǎn)生的高濃度CO/O2混合氣流可直接用于乙烯/乙炔氧化雙羰基化反應(yīng)。未還原的CO2在反應(yīng)過程中不僅不會影響乙烯/乙炔氧化雙羰基化反應(yīng)的活性或者選擇性(CO2基C4雙酯類化合物的選擇性>98%)，而且還能使反應(yīng)在爆炸極限之外進行，體現(xiàn)出該串聯(lián)過程優(yōu)異的兼容性和安全性。底物適用性擴展和克級放大實驗進一步驗證了該策略潛在的應(yīng)用價值。
相關(guān)研究成果以“CO2-H2O Co-electrolysis to CO/O2 for Safe Oxidative Double Carbonylation of Ethylene/Acetylene”為題發(fā)表在Chinese Journal of Catalysis（Chin. J. Catal.,2025,74: 202-210）上。
該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、甘肅省重大科技專項以及低碳催化與二氧化碳利用全國重點實驗室的支持。
