突破！我国科学家首创二氧化碳一步变乙醇

5月16日，记者从江南大学获悉，我国科学家首次实现了二氧化碳一步近100%转化为乙醇。该校刘小浩教授团队提出了一种全新的催化剂设计策略，通过结构封装法，构筑双钯位点纳米“蓄水”膜反应器，实现二氧化碳在温和条件下连续流一步无副反应高效稳定制乙醇。相关研究成果5月10日在《美国化学会·催化》上发表。

乙醇，俗称酒精，既是重要的基础化学品，又与人们的日常生活息息相关，可用于制造饮料、消毒剂、车用燃料。同时，乙醇还可以转化为乙烯和下游高价值化工产品。在乙醇制备方面，工业上一般采用粮食发酵法和煤基乙醇技术。粮食发酵法制备乙醇不可避免出现“与人争粮”的局面，煤基乙醇工艺路线复杂，且制造乙醇过程中产生大量的二氧化碳。

“利用二氧化碳作为碳源一步直接合成更高价值的乙醇，不仅可以避免消耗粮食和煤炭资源，还能降低二氧化碳排放。这一技术难题的解决将为二氧化碳大规模高值利用提供巨大机遇。”论文通讯作者刘小浩告诉科普时报记者。

近年来，科学家已开发多种途径将二氧化碳转化为乙醇，比如光催化、电催化，以及间歇釜热催化。相较于上述技术途径，在连续流固定床反应器中，由于便捷的物质流和能量流管理，更容易实现工业应用。刘小浩进一步解释说，但目前的技术无法实现可控精准增碳定向生成乙醇，易产生大量低价值的副产物。

此次，研究人员创新性地采用“结构封装法”精准构筑“双钯催化位点”纳米“蓄水”膜反应器，合成的催化剂结构类似于一个胶囊，胶囊内部封装了二氧化铈载体分散的双钯催化剂。胶囊的壳层具有高选择性，疏水修饰后保证内部生成的水富集而产物乙醇可以溢出，其中的水环境可以稳定双钯活性位点。在温和条件下，即约30个大气压240摄氏度，该催化剂能够实现二氧化碳近100%选择性高效稳定转化为乙醇。

刘小浩介绍说，以往研究中采用的各种热催化转化催化剂，特别是在连续流反应器中，无法实现有效增碳合成单一高碳产物，主要是无法实现中间物种的定向转化和碳链增长的精确可控。“本次研究基于我们团队在前期对钯—二氧化铈体系在二氧化碳加氢反应中的研究，包括氧空位、活性中心构型、反应装置类型等，构筑的‘双钯活性位点’具有独特的几何和电子结构，其邻近的钯位点和富电子特性有利于促进中间物种碳—氧键解离和随后的碳—碳偶联，从而实现二氧化碳加氢定向生成单一高价值产物乙醇。”

刘小浩表示，催化剂合成工艺和催化反应路线简单，有大规模工业化应用前景。“我们未来将继续推进催化剂在实际应用过程的工业化放大，以及与碳捕集和绿氢生产耦合，实现二氧化碳资源的高价值利用。”