研究提出二氧化碳與氯甲烷耦合轉化新策略

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二氧化碳和甲烷不僅是溫室氣體，更是重要的C1資源。然而，由于二者極高的熱力學穩定性，以二氧化碳和甲烷為原料的高值化利用極具挑戰性。近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員朱文良、劉中民院士團隊在二氧化碳與甲烷資源化耦合轉化研究中取得新進展。團隊提出了二氧化碳和甲烷衍生物氯甲烷在分子篩作用下高選擇性制備芳烴新路徑，闡明了復雜體系下芳烴的生成機理，并證實了二氧化碳直接參與芳烴的生成，為二氧化碳和甲烷大規模資源化利用提供了新思路。相關成果發表在《化學催化》上。

耦合轉化示意圖。大連化物所供圖

目前，二氧化碳和甲烷主要通過干重整路徑生成合成氣，該過程反應溫度高，催化劑易失活，限制了其發展和應用。而鹵代甲烷作為平臺分子，可以在溫和條件下轉化為高附加值化學品，極大程度上降低了甲烷轉化的難度。同時，向富氫的氯甲烷轉化體系中引入二氧化碳可以有效調控反應物與產物的碳氫平衡，對實現氯甲烷與二氧化碳高效定向轉化意義重大。然而，二氧化碳能否與氯甲烷發生耦合作用并且直接進入目標產物，是該過程需要解決的關鍵問題。

本工作中，基于富氫物種與缺氫物種耦合調控氫碳比的思想，團隊發展了酸性分子篩催化氯甲烷與二氧化碳耦合制芳烴的新路徑。研究發現，二氧化碳的引入不僅促進氯甲烷的轉化，而且芳烴選擇性明顯提高，尤其是苯、甲苯、二甲苯的選擇性。團隊借助于原位紅外、同位素示蹤等表征手段對其反應機理進行了討論，證明了二氧化碳直接參與了芳烴的生成。進一步地，團隊通過對關鍵中間體捕捉，證實了內酯、環戊烯酮以及環烯烴是氯甲烷與二氧化碳耦合轉化的關鍵中間物種，并提出了氯甲烷與二氧化碳反應體系下的芳烴生成機理。

上述研究工作為甲烷和二氧化碳大規模高值化利用提供了新思路，具有廣闊地發展前景。