主编推荐丨太原理工大学李聪明教授:二氧化碳加氢制低碳烯烃催化剂改性策略的研究进展
- 2026-06-13 12:54:15
（1）系统梳理了当前CO₂加氢制低碳烯烃主流的两条技术路线—CO₂-FTO和CO₂-MTO的反应机理、各自的优势与瓶颈，以及催化剂改性策略。
（2）文章对于CO₂-FTO路线将改性策略围绕Fe基催化剂展开，重点包括“助剂掺杂”和“载体优化”两大方面。
（3）文章对于CO₂-MTO路线从“金属氧化物”、“分子筛”以及“二者的耦合方式”这三个核心角度出发，系统总结了提升性能的改性方法。
（4）文章关注前沿动态，对新报道的的反应路径进行了简要概述，同时，基于对现有研究的深刻理解，对未来发展方向进行了展望。
孔令青1,2, 郭晓宏1,2, 李鹏伟1,2, 王晓月1,2, 李艳春1, 姚如伟1,2, 李聪明1,2
1. 太原理工大学 化学与化工学院; 2. 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室
孔令青，郭晓宏，李鹏伟，等.二氧化碳加氢制低碳烯烃催化剂改性策略的研究进展[J].洁净煤技术，2026，32（1）：262−285.KONG Lingqing，GUO Xiaohong，LI Pengwei，et al. Research progress in catalyst modification strategies for CO2 hydrogenation to light olefins[J].Clean Coal Technology，2026，32（1）：262−285.
CO2加氢; CO2-FTO; CO2-MTO; 催化剂改性; 低碳烯烃
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1）开发更稳定、更高效的新型催化剂。对于CO2-FTO路线，应设计新型催化剂以稳定其活性相结构，防止其在反应过程中氧化、烧结或相变，例如通过设计核壳结构、限域结构或者引入助剂来稳固活性中心。对于CO2-MTO路线，需精确调控金属氧化物的氧空位浓度与表面性质，以及分子筛的酸性（强度、密度等）和孔道结构，以实现对中间体的高效活化与定向转化。此外，反应过程中产生的水对催化剂有一定的影响，因此还需对催化剂进行疏水性设计。
2）设计精密耦合的双功能催化体系。催化剂的设计需超越简单的物理混合，向纳米尺度或分子尺度的精密耦合发展，以优化甲醇等关键中间体的定向转化与快速转化，从而最大限度地减少副反应的发生，最大化协同效应。
3）深化对机理的认识。采用一系列先进的表征技术并结合理论计算，实时追踪反应过程中催化剂活性位点的动态演变、关键中间体的吸脱附与转化路径。深入理解CO2活化、C—C偶联等基元反应的微观机制，以及双功能催化剂中各组分的协同作用本质，为催化剂的理性设计提供坚实的理论指导。
4）优化工艺。对反应条件（温度、压力、空速、H2/CO2）进行精细化调控与多目标优化，以实现CO2转化率、低碳烯烃选择性与过程能耗之间的最佳平衡。开发高效的反应器来强化传热传质，并耦合高效的产物分离技术，减轻后续分离负荷与能耗。
总之，CO2加氢制低碳烯烃是一条极具发展前景的生产关键化工原料的“非石油路径”，可有效降低对国际石油市场的依赖。虽然在催化剂改性方面已经取得了突破性进展，但未来仍需通过多学科融合与系统性研发取得全面突破，早日实现工业化，为实现“双碳”目标提供关键技术支撑。
图1 合成低碳烯烃的原料与技术[6]
图2 合成气转化生产低碳烯烃的不同反应路径[15]
图3 CO2-FTO路线反应机理[18]
图4 ASF模型预测的费托合成产物分布[5]
图5 K2CO3对CO2加氢性能的影响[34]
图6 Na对Fe5C2催化CO2加氢反应的作用机制[35]
图7 Fe1Zn0.1K0.1催化CO2加氢制LAOs的反应途径和活性位点[38]
图8 CoFe2O4催化剂在CO2加氢制低碳烯烃中的作用机制[25]
图9 不同金属氧化物负载的Fe催化剂上CO2加氢的反应机理[26]
图10 FeK/SWNTs和FeK/MWNTs催化剂上的产物分布[27]
图11 石墨烯层与活性相之间电子相互作用表征结果[55]
图12 CO2-MTO路线反应过程[49]
图13 CO2在串联催化剂ZnZrOx/SAPO上加氢的反应机理[61]
图14 CO2在不对称Zn—O—Zr位点上加氢的反应机理[76]
图15 Mg-ZnZrOx/SAPO-34催化剂上CO2加氢的反应过程[69]
图16 In2O3粒径对双功能催化剂上CO2加氢制低碳烯烃的影响[85]
图17 GaCrZrOx（3.0%）/SAPO-34双功能催化剂上CO2加氢为轻质烯烃的反应途径[90]
图18 GaCdZrOx固溶体催化剂的反应机理[91]
图19 分子筛的形貌和酸性对产物分布的调控[94]
图20 CO2加氢催化剂组装策略[96]
图21 在ZnZrOx/ZSM-5@t-ZrO2串联催化剂上CO2加氢制低碳烯烃的反应机理[96]
图22 Ga0.15CrOx/SAPO-34（0.5/1.0F）催化剂上CO2加氢为轻质烯烃的反应机理[99]
图23 双功能催化剂ZnZrOx/SAPO34@UIO-n中稳定的UIO-n膜调节了CO2加氢产物从石蜡到烯烃的转化[101]
图24 耦合方式和球磨时间对Mn2O3-ZnO/SAPO-34催化性能的影响[79]
图25 ZnFeAlO4+SAPO-34催化剂的催化性能[104]
图26 ZnFeAlO4+SAPO-34催化剂的机理探究、反应过程[104]
李聪明，太原理工大学教授, 博士生导师，山西省“三晋英才”，山西省优秀博士/硕士学位论文指导老师。《石油化工高等学校学报》期刊编委。长期从事碳一化学与化工的基础和应用研究，围绕合成气转化、二氧化碳资源化利用、高端化学品合成等相关催化过程开展了系统深入的研究，取得了一系列突出的原创性科研成果，研究成果被《中国科学报》等媒体广泛报道。以第一作者或通讯作者在PNAS，ACS Catal.，J. Catal.，Appl. Catal. B: Environ., Chem. Eng. J 等期刊发表SCI论文90余篇，其中高被引论文2篇，文章引用2500余次，参与制定团体标准1项，申请/授权中国发明专利10余项。以第一完成人获山西省自然科学二等奖1项。
策划丨白娅娜
责编丨赵雪君
编辑丨李莎
审核丨白娅娜
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