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二氧化碳

随着人类对化石能源的大量使用,全球变暖正在逐渐成为关乎人类生存的不可忽视的重要课题。一些科学家认为,二氧化碳作为温室效应的罪魁祸首,特别是水泥制造、啤酒厂和燃料加工设施释放的高纯度二氧化碳,有期望可以被视为合成目前原本由化石资源所生产的化学品的替代品和候选者。在各个国家对这一领域展开研究的时候,中国科学家突破世界纪录值,常压下二氧化碳加氢制长链烯烃,最高达到了66.9%,等同世界纪录值,令国人骄傲,引起了全世界的关注。

二氧化碳

长链烯烃是各种化工产品的多功能工业原料,广泛地用于合成润滑油、高辛烷值汽油、可生物降解的洗涤剂、新型聚合物材料、农药、涂料和缓蚀剂等化学工业领域。合成长链烯烃的传统方法是基于乙烯的聚合,而乙烯主要由石油加工而来。在全球能源价格紧张的情形下,为了摆脱相关工业对化石能源的依赖,有必要寻找新的原料来代替各行各业对能源的使用。

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二氧化碳

在这样的背景下,科研人员们发现了在常规压力条件下,通过将使用可再生能源产生的氢气与二氧化碳相结合能够产生长链烯烃。如果长链烯烃可以直接从二氧化碳加氢这种方式中获得的话,那么未来利用二氧化碳作为工业原料将在可持续社会的发展中发挥不可估量的关键作用。在这种思路引领下,各国科学家纷纷投身于二氧化碳加氢制长链烯烃的实验中。

不过难题也随之而来。科研人员们发现,对于二氧化碳加氢,常规环境压力不利于液体长链烯烃的形成,只能生产难以加以利用的气态长链烯烃,而固态的长链烯烃生产必须在高压下操作。科学家们尝试过通过高压的方式来生产长链烯烃,但这样做所耗费的成本过高,这种低效又昂贵的方式显然违背了科研人员的初衷,相关研究一度陷入僵局。

二氧化碳

中国科学技术大学的曾杰教授率领其研究团队也在致力于这个领域的研究。为了减少成本,就必须考虑在常规压力下完成甲基和亚甲基的聚合。如果打算实现长链烯烃的常温合成,除了环境压力这个因素外还有什么是可以人为改变的呢?研究团队将目光投向了催化剂。也许存在一种催化剂,能够让二氧化碳和氢即使在常规环境压力之下也能生产液态长链烯烃。

通过研究科研团队发现,铜具备强大的非解离吸附能力,而碳化铁能催化生成甲基和亚甲基。虽然这两种材料都不是最为理想的催化剂,但他们看到了成功的希望。经过创新性的思维引导下,曾杰团队最终开发除了铜—碳化铁界面型催化剂,完美实现了常压下成产液态长链烯烃的梦想,效率高达69%。这个发现轰动了整个科学界,让世界再一次惊叹于中国科研人员的智慧和创新能力。