太原理工ACS Catal.: ZnZrOx-ZSM-5中引入Al2O3，促进苯与CO2/H2烷基化反应

苯与CO₂/H₂烷基化合成甲苯和二甲苯，对减少碳排放、提高轻芳烃向增值化学品的转化具有重要意义。然而，CO₂加氢形成的烷基化试剂表现出较弱的烷基化活性和严重的自反应，导致烷基化效率低。

为解决这一问题，太原理工大学李忠和付廷俊等在ZnZrO_x-ZSM-5体系中引入Al₂O₃，设计了ZnZrO_x(ZZO)催化CO₂加氢、Al₂O₃催化甲醇脱水、Z5分子筛催化二甲醚与苯烷基化的三元复合催化体系，实现了苯与CO₂/H₂的高效烷基化反应。

实验结果表明，最优的ZZO-0.3Al₂O₃/Z5催化剂的甲苯和二甲苯混合选择性高达97%，苯转化率为9.7%，甲苯的时空收率(STY)高达111.7 g_zeolite^-1 h^-1。同时，Al₂O₃催化CO₂加氢反应结果表明，催化剂的高烷基化性能可以通过引入Al₂O₃来实现。

具体而言，Al₂O₃可以通过甲醇产物在Lewis酸中心的失水反应加速CO₂加氢为甲醇。并且，该路线还为苯烷基化提供了更多的高活性烷基化试剂，减少了甲醇与C₁-C₅烃的自反应。

更重要的是，Al₂O₃表面的不饱和配位促进了H₂解离为H原子，这种解离使得H转移到相邻的氧空位，从而促进吸附的碳酸盐物种加氢形成甲酸和甲氧基中间体。此外，Al₂O₃的引入增强了中间体甲醇的吸附作用，为苯烷基化反应提供了更多的烷基试剂。尤其是，Al₂O₃与Z5分子筛之间的密切接近，使得苯与二甲醚的烷基化反应效率提高，与其他整合方式相比，提高了苯与CO₂/H₂烷基化反应的转化率。

此外，沸石外部的甲醇脱水反应减少了水和苯在沸石通道酸性中心上吸附的竞争，从而增加了苯的转化率，提高了催化剂的稳定性。综上，该项研究为设计高效、稳定的CO₂加氢与苯烷基化反应合成高附加值芳烃的多组分催化体系提供了思路。

Boosting benzene alkylation conversion with CO₂/H₂ via a triple composite catalyst. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c02253