【海川化工科技前沿】兰州化物所联合武汉大学和西安科技大学在CO2高值化利用方面获新进展

沙漠里的游鱼 · 发表于昨天 17:31

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将CO2转化为高附加值化学品是实现低碳循环经济和“双碳”目标的重要途径。其中，利用可再生电能将CO2转化为燃料或化学品是一条关键的技术路线。然而，目前CO2电还原的产物主要集中在C1或C2,尚未实现多碳产物的高选择性构建,尤其是单一多碳产物的高选择性制备。鉴于CO2还原为CO具有较为成熟的技术积累以及羰基化反应可高选择性构建单一多碳产物，可通过将CO2还原与羰基化反应相耦合来实现CO2的高值化利用。

近期，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室催化羰化与氰化组与武汉大学庄林教授、西安科技大学罗振敏教授团队合作在CO2利用上取得新进展。

在此前氧化羰基化研究的基础之上（Science,2024,386: 776-782；Angew Chem Int Ed,2020,59: 2080-2084；ACS Catal.,2023,13: 735-743;ChemSusChem,2022,15: e202102400；分子催化,2020,34,182–192;2024,38,297–308），研究人员通过一种CO2全利用策略,将CO2-H2O共电解生成的CO/O2作为原料，与乙烯/乙炔的氧化双羰基化合成CO2基C4双酯类化合物，如丁二酸二甲酯、富马酸二甲酯和马来酸二甲酯等，这类化合物在可降解聚合物(聚丁二酸二丁酯)、增塑剂、溶剂、表面活性剂、有机合成中间体等多个领域内有着广泛的用途。与传统的烯/炔烃羰基化相比较，烯/炔烃氧化羰基化能同时插入两个羰基，生成更有价值的化学品。此外，尚未电解的CO2可作为气体抑爆剂，可消除或降低乙烯/乙炔氧化双羰基化反应过程中潜在的爆炸风险。

结果表明，在400mA/cm2的工业规模电流密度下,CO2-H2O共电解过程表现出优异的CO/O2选择性以及稳定性。CO2-H2O共电解产生的高浓度CO/O2混合气流可直接用于乙烯/乙炔氧化双羰基化反应。未还原的CO2在反应过程中不仅不会影响乙烯/乙炔氧化双羰基化反应的活性或者选择性(CO2基C4双酯类化合物的选择性>98%)，而且还能使反应在爆炸极限之外进行，体现出该串联过程优异的兼容性和安全性。底物适用性扩展和克级放大实验进一步验证了该策略潜在的应用价值。

相关研究成果以“CO2-H2O Co-electrolysis to CO/O2 for Safe Oxidative Double Carbonylation of Ethylene/Acetylene”为题发表在Chinese Journal of Catalysis（Chin. J. Catal.,2025,74: 202-210）上。

该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省重大科技专项以及低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室的支持。

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