摘要：系统综述了二氧化碳（CO₂）加氢制烯烃技术的最新进展，重点探讨了催化剂设计和催化机理。研究指出，通过优化催化剂的主催化剂选择、助剂添加和载体优化，可显著提升CO₂加氢制烯烃的催化性能。未来发展方向包括开发更高效、更稳定的催化剂体系，以及设计多级反应器或膜反应器

二氧化碳催化加氢制烯烃的研究进展

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本研究创新性地总结了CO₂加氢制烯烃的两大技术路线——CO中间体路线和甲醇中间体路线，并深入分析了催化剂设计策略和反应机理。通过调控催化剂的电子结构、表面酸碱性以及活性位点的暴露，显著提升了催化性能。此外，研究还展望了未来技术发展方向，为实现碳中和目标提供了重要参考。

研究背景

随着全球气候变化和能源结构转型，CO₂的高效转化与利用成为实现“双碳”目标的关键路径之一。传统烯烃生产方式高度依赖化石资源，导致高能耗与高碳排放。利用绿氢将CO₂催化加氢转化为烯烃，不仅有助于减少温室气体排放，还能缓解对石化资源的依赖，具有重要的战略意义和市场潜力。

研究内容

系统综述了近年来CO₂加氢制烯烃领域的研究进展，重点探讨了催化剂的设计和催化机理。首先，概述了CO₂加氢制烯烃的主要技术路线，包括CO中间体路线和甲醇中间体路线。随后，阐述了催化剂的设计策略，包括主催化剂的选择（如铁基、钴基催化剂）、助剂的添加（如碱金属、过渡金属助剂）以及载体的优化（如金属氧化物、碳材料载体）。这些策略通过调控催化剂的电子结构、表面酸碱性以及活性位点的暴露，显著提升了CO₂加氢制烯烃的催化性能。在催化机理方面，深入分析了CO中间体路线和甲醇中间体路线的反应机理。最后，展望了未来CO₂加氢制烯烃技术的发展方向，包括开发更高效、更稳定的催化剂体系，以及设计多级反应器或膜反应器等新型反应器，以提高反应效率。

研究结论

（1）CO₂加氢制烯烃的主要技术路线包括CO中间体路线和甲醇中间体路线。CO中间体路线涉及CO₂的吸附与活化、CO的生成与扩散以及费托过程中的C-C偶联与加氢等步骤，而甲醇中间体路线则通过串联反应实现CO₂到烯烃的转化，突破了Anderson-Schulz-Flory分布的限制，显著提高了低碳烯烃的选择性。

（2）催化剂的设计策略包括主催化剂的选择（如铁基、钴基催化剂）、助剂的添加（如碱金属、过渡金属助剂）以及载体的优化（如金属氧化物、碳材料载体）。这些策略通过调控催化剂的电子结构、表面酸碱性以及活性位点的暴露，显著提升了CO₂加氢制烯烃的催化性能。

（3）未来CO₂加氢制烯烃技术的发展方向包括开发更高效、更稳定的催化剂体系，以及设计多级反应器或膜反应器等新型反应器，以提高反应效率。随着绿色化学和可持续发展理念的深入推广，CO₂加氢制烯烃技术有望成为实现碳中和目标的重要途径之一。

重要图表

图1 CO中间体路线

图2 不同烃类产物选择性随链增长因子的变化

图3 Al₂O₃和SiO₂载体对Fe基催化剂的作用机制

图4 杂原子和Si含量调控分子筛用于CO₂加氢制烯烃

通讯作者简介

孙剑，博士，研究员，博士生导师，中国科学院大连化学物理研究所研究组组长，张大煜优秀学者。带领团队首创了二氧化碳加氢制汽油的新过程，被Nature杂志选为研究亮点。完成全球首套年产1000吨二氧化碳加氢制汽油工业示范，科技成果被石化联合会评价为国际领先水平。以通讯作者在Nat. Chem., Nat. Synth., Nat. Commun., Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Chem. Soc. Rev.等权威刊物发表论文百余篇，单篇最高他引逾1000次。主持国家自然科学基金重大研究计划、国家科技部重点研发计划等十余个项目或课题，实现技术许可或转让5000余万元。获大连最美科技工作者称号，入选全球前2%顶尖科学家。以第一完成人获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖(2023)、中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖(2023)、侯德榜化工青年科技奖(2022)、辽宁省自然科学二等奖(2022)。

课题组简介

中国科学院大连化学物理研究所DNL1905组坚持基础研究和应用研究并重，以工业催化专业为学科基础，重点发展碳资源小分子(如CO₂、CO、甲烷及甲醇等)催化转化制取液体燃料和化学品的新过程，研究超纯氢气分离膜材料的关键技术，探索催化材料制备的新方法。研究团队拥有海外高层次引进人才3名，研究生导师5名，高级职称人员10名，研究生20名。承担科技部、自然基金委、中科院、省市、企业等重要项目。

中国科学院大连化学物理研究所DNL1905研究组

全球首套千吨级二氧化碳加氢制汽油示范装置

来源：小眼看世界