太原理工大学李聪明教授: CO₂ 加氢制低碳烯烃和单一烃类:氧化物-分子筛催化剂中的活性位点与协同效应

化石燃料燃烧产生的大量CO₂排放已对全球环境造成严重影响。从传统能源向可再生能源系统转型是全球面临的一项重大挑战。其中，CO₂加氢技术将CO₂与绿氢（H₂）转化为高价值化学品，已成为核心路径之一。其中CO₂加氢制低碳烯烃作为一条有前景的替代路线备受关注。CO₂-MTO路径因表现出优异的低碳烯烃选择性而脱颖而出，超过75%（无CO），显著优于CO₂-FTO路径（≤58%）。鉴于这一优势，CO₂-MTO路线的高选择性推动了向单一烃类产品的进一步研究。近期工作致力于将产物分布导向特定烯烃或烷烃（如乙烯、丙烯、丙烷）。尽管尚处探索阶段，但实现单一烃类产品可大幅降低工业分离成本。

CO₂-MTO路径中所用氧化物-分子筛（OX ZEO）催化剂的设计，是实现高效CO₂加氢制低碳烯烃或单一烃类的关键。但人们对OX/ZEO两组分的研究进展并不均衡。对于金属氧化物，尽管已有大量研究，但由于氧化物组成与结构复杂，且催化过程中的动态演化难以追踪，真正的活性位点仍难以确定。对于分子筛，研究主要集中在调控其酸性和拓扑结构以实现对单一烃类的选择性，但目前仍处于探索阶段，缺乏全面综述。此外氧化物与分子筛在特定条件下存在相互作用，并对催化性能产生不可忽视的影响。鉴于此，本文综述了用于CO₂加氢制低碳烯烃及单一烃类的OX/ZEO催化剂。总结了金属氧化物中活性位点的类型，并以ZnZr氧化物为例，概述其活性位点的研究进展。同时，综述了通过调控分子筛B酸位点来实现单一烃类选择性合成的研究进展。分析了氧化物与分子筛之间的相互作用对催化性能的影响。最后，从氧化物设计、分子筛改性及二者协同效应三个方面提出展望。

太原理工大学李聪明教授团队综述了氧化物-分子筛催化剂的活性位点和协同效应在CO₂加氢制低碳烯烃和单一烃类领域的最新进展。系统总结了氧化物-分子筛催化剂在CO₂加氢制低碳烯烃及单一烃类领域的最新进展。该文围绕该催化体系面临的关键科学问题，重点综述了三方面内容：氧化物组分的活性位点、分子筛的酸位点，以及氧化物与分子筛之间的协同作用。针对氧化物，将其活性位点归纳为氧空位、具有特殊电子态的金属离子、以及二者协同作用三种类型，并以典型体系ZnZrO_x为例，探讨了其活性位点的研究演变。针对分子筛，重点综述了B酸位点的落位与酸性质对合成单一烃类的影响。最后，文章总结了氧化物与分子筛之间的相互作用对反应性能的调控作用，并展望了该领域未来的发展方向。该综述为氧化物-分子筛催化剂在CO₂加氢领域的研究提供了新思路与前沿视角。相关成果以“CO₂ hydrogenation to light olefins and single hydrocarbons: Active sites and synergy in oxide–zeolite catalysts”为题发表在高水平期刊Carbon Neutralization上。

1. 系统归纳了氧化物活性位点的三种类型（氧空位、特殊电子态金属离子及双位点协同），并以ZnZrO_x为典型揭示了其活性位点的研究演变。

2. 综述了分子筛B酸位点的落位与酸性质对合成单一烃类的影响，为实现高选择性合成单一烃类提供了关键思路。

3. 总结了氧化物与分子筛之间的相互作用对催化性能的影响，强调了这种协同效应在催化剂设计中的重要性。

4. 指出了当前氧化物-分子筛催化体系在活性位点识别、双组分协同调控方面的关键挑战，并展望了理性催化剂设计及两组分协同优化等未来发展方向。

本文系统综述了氧化物-分子筛（OX/ZEO）催化剂在CO₂加氢制低碳烯烃及单一烃类领域的研究进展，重点围绕氧化物活性位点、分子筛酸位点及其相互作用展开分析。首先，将氧化物活性位点归纳为氧空位、特殊电子态金属离子及二者协同三种类型，并以ZnZrO_x为例，梳理了其活性位点认识的演变过程。其次，探讨了分子筛B酸位点的落位与酸强度对单一烃类选择性的调控机制。进一步地，分析了氧化物与分子筛之间非独立的相互作用对催化性能的重要影响。尽管该领域取得了显著进展，但对活性位点的本质识别、单一烃类合成以及氧化物-分子筛协同机制的深入理解仍面临诸多挑战。

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