在過去兩個世紀，大規模利用化石資源給人類社會帶來了空前的繁榮，然而同時大量排放的二氧化碳溫室氣體不斷地威脅著我們的生存環境。另一方面，太陽能、風能、生物能、潮汐能等可再生能源因能量密度低、間歇性等特點限制了其廣泛應用。利用可再生能源產生的電能制取氫氣，并將二氧化碳轉化成高附加值的燃料和大宗化工品可以同時起到儲存、利用二氧化碳與可再生能源的作用，具有重要的戰略意義。

 

二氧化碳是一種化學惰性分子，加氫轉化一般都需要在高溫、高壓、高氫氣比例以及金屬催化劑上進行。此前，研究人員在此條件下已經實現二氧化碳向多種C1化合物的轉化，如甲烷、甲醇、二甲醚、甲酸、一氧化碳等，然而合成C2+化合物比較困難。最近，研究人員利用金屬氧化物/分子篩雙功能催化體系，成功制取了低碳烯烴、汽油等高附加值產物。芳烴作為一類重要的大宗化工品，目前主要通過石腦油催化重整等石化路線制取，因此通過二氧化碳加氫制取芳烴具有同樣重要的價值。相對低碳烯烴，芳烴的不飽和度更高、結構更復雜，然而金屬催化劑和分子篩的B-酸都具有加氫作用，故很難通過上述雙功能催化體系高選擇性獲取芳烴。

 

研究團隊設計了一種具有納米尖晶石結構的ZnAlOx氧化物，混配高硅鋁比的納米H-ZSM-5分子篩制成的ZnAlOx&H-ZSM-5催化劑，在二氧化碳加氫轉化中，實現了73.9%的芳烴選擇性，甲烷選擇性低至0.4%。機理研究發現，二氧化碳能在ZnAlOx上加氫生成二甲醚和甲醇，它們擴散到分子篩孔道中形成烯烴，進而形成芳烴。通過DTBPy-FTIR（2,6-二叔丁基吡啶紅外）發現，ZnAlOx與H-ZSM-5混合后能大幅度覆蓋H-ZSM-5晶粒外表面酸量。通過與一氧化碳加氫Operando DRIFT對比發現，二氧化碳加氫能在ZnAlOx表面形成更多的甲酸鹽物種，從而留下更少的金屬活性位點。這些因素都有利于具有高不飽和度的芳烴生成。該工作還探討了抑制逆水煤氣變換反應以及優化產物分布的策略。