近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨上海高研院-上海科技大學(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在二氧化碳（CO2）利用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，創(chuàng)造性地采用氧化銦/分子篩（In2O3/HZSM-5）雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了CO2加氫一步轉(zhuǎn)化高選擇性得到液體燃料。其中，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所參與了部分工作。該研究成果于6月12日在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上在線發(fā)表，并已申報(bào)中國(guó)發(fā)明專利和國(guó)際PCT專利。此項(xiàng)研究工作得到了自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部、上海市科委和中科院的大力支持。
    二氧化碳（CO2）是最主要的溫室氣體，我國(guó)作為排放大國(guó)正面臨嚴(yán)峻的減排壓力。中國(guó)政府高度重視CO2減排問題，國(guó)家主席習(xí)近平在巴黎氣候大會(huì)重申了中國(guó)此前做出的承諾，中國(guó)將于2030年左右使CO2排放達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)。這給國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來(lái)巨大轉(zhuǎn)型壓力，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和突破是實(shí)現(xiàn)碳排放峰值承諾的重要途徑。同時(shí)，CO2也是一種自然界大量存在的“碳源”化合物，若能借助替代能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等）電解水制得的氫氣將CO2轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品或燃料，將同時(shí)幫助解決大氣中CO2濃度增加導(dǎo)致的環(huán)境問題、化石燃料的過度依賴以及可再生能源的存儲(chǔ)問題。汽油和航煤等烴類化合物是重要的運(yùn)輸燃料，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。著名諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者Olah教授提出了“人工碳循環(huán)”的概念，若借助替代能源將CO2直接轉(zhuǎn)化為液體燃料可使得整個(gè)碳循環(huán)更加有效。目前，CO2資源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等簡(jiǎn)單小分子化合物的合成，然而，由于CO2分子的化學(xué)惰性，很難將其轉(zhuǎn)化為含有兩個(gè)碳原子及以上的化合物。
    多年來(lái)，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在CO2高效活化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域做了大量的研究工作并取得了系列研究成果。新型高效的CO2加氫合成甲醇催化劑于2016年完成了1200小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的單管試驗(yàn)以及10–30萬(wàn)噸/年二氧化碳甲醇技術(shù)工藝包的編制，后續(xù)將與企業(yè)合作開展千噸級(jí)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。近期，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又在CO2直接合成高碳烴類化合物方面取得了突破性進(jìn)展。
    將CO2直接合成高碳烴類化合物的研究較少，主要是缺乏有效的催化劑體系。現(xiàn)有的CO2合成高碳烴類化合物的研究主要圍繞改性的鐵基費(fèi)托催化劑，但效率不高且穩(wěn)定性不好。孫予罕、鐘良樞和高鵬團(tuán)隊(duì)成功地設(shè)計(jì)出了金屬氧化物/分子篩雙功能催化劑，在CO2高選擇性轉(zhuǎn)化為高碳烴方面取得突破（如圖）。烴類產(chǎn)物中汽油烴類組分（碳數(shù)為5~11的烴類化合物）的選擇性高達(dá)近80%，而副產(chǎn)物甲烷的選擇性小于1%，汽油烴類組分以高辛烷值的異構(gòu)烴為主。雙功能催化劑是利用氧化銦表面的高度缺陷結(jié)構(gòu)來(lái)活化CO2并進(jìn)行選擇性加氫，在實(shí)現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化為含氧中間體的同時(shí)可有效抑制副產(chǎn)物的生成，中間體傳遞至分子篩籠中，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)得到汽油烴類組分。研究還發(fā)現(xiàn)，雙活性位的精準(zhǔn)控制對(duì)汽油烴類組分的生成起著至關(guān)重要的作用。
    此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已完成了催化劑制備放大并得到高機(jī)械強(qiáng)度的工業(yè)尺寸顆粒催化劑，在工業(yè)條件下該催化劑體系具備了示范應(yīng)用的條件。該工作得到了審稿人的高度評(píng)價(jià)，被認(rèn)為是CO2轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一大突破，為CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品及燃料提供了重要的平臺(tái)。
    此次在《自然-化學(xué)》雜志上發(fā)表成果，是該實(shí)驗(yàn)室繼去年在《自然》雜志上發(fā)表合成氣直接制烯烴的研究成果后，再次發(fā)表低碳轉(zhuǎn)化與利用方面的重要突破，去年的上述成果也入選了上海市2016年十大科技事件。這些成果的陸續(xù)產(chǎn)出，也是中科院上海高研院與上�？萍即髮W(xué)等深度開展科教融合、著力推進(jìn)張江綜合性國(guó)家科學(xué)中心建設(shè)取得成效的階段性標(biāo)志。