近日，我所低碳催化与工程研究部（DNL12）朱文良研究员、刘中民院士团队在二氧化碳（CO2）与甲烷资源化耦合转化研究中取得新进展，提出了CO2和甲烷衍生物氯甲烷在分子筛作用下高选择性制备芳烃新路径，阐明了复杂体系下芳烃的生成机理，并证实CO2直接参与芳烃的生成，为CO2和甲烷大规模资源化利用提供了新思路。
CO2和甲烷不仅是温室气体，更是重要的C1资源。然而，由于二者极高的热力学稳定性，以CO2和甲烷为原料的高值化利用极具挑战性。目前，CO2和甲烷主要通过干重整路径生成合成气，该过程反应温度高，催化剂易失活，限制了其发展和应用。卤代甲烷作为平台分子可以在温和条件下转化为高附加值化学品，极大程度上降低了甲烷转化的难度。同时，向富氢的氯甲烷转化体系中引入CO2可以有效调控反应物与产物的碳氢平衡，对实现氯甲烷与CO2高效定向转化意义重大。然而，CO2能否与氯甲烷发生耦合作用并直接进入目标产物是该过程需要解决的关键问题。
本工作中，基于富氢物种与缺氢物种耦合调控氢碳比的思想，团队发展了酸性分子筛催化氯甲烷与CO2耦合制芳烃的新路径。研究发现，CO2的引入不仅促进氯甲烷的转化，而且芳烃选择性明显提高，尤其是是BTX（苯，甲苯，二甲苯）选择性。在3.0MPa，450℃反应条件下，芳烃选择性和BTX选择性达到71%和50%。团队借助于原位红外、同位素示踪等表征手段对其反应机理进行了讨论，证明CO2直接参与了芳烃的生成。进一步地，团队通过对关键中间体捕捉，证实了内酯、环戊烯酮以及环烯烃是氯甲烷与CO2耦合转化的关键中间物种，并提出了氯甲烷与CO2反应体系下的芳烃生成机理。上述研究工作为甲烷和CO2大规模高值化利用提供了新思路，具有广阔地发展前景。
相关研究成果以“High carbon utilization for CO2 conversion with chloromethane to aromatics over acidic zeolite catalyst”为题，于近日发表在《化学催化》（Chem Catalysis）上。该工作的第一作者是我所DNL1204组博士研究生房旭东。上述工作得到国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划、大连高层次人才创新支持计划、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的支持。（文/图 房旭东、刘红超）
