综述：氧介导的CO2 加氢催化：通往轻质烯烃的可持续路径

　　这篇综述系统阐述了通过氧介导催化（OXZEO）将CO2 加氢转化为轻质烯烃（C2 = -C4 = ）的双功能催化剂设计策略，重点分析了金属氧化物（如ZnO/ZrO2 /In2 O3 ）与分子筛（SAPO-34）的协同机制，揭示了甲醇（MeOH）、甲氧基（CH3 O*）和酮烯（CH2 CO）等关键中间体的转化路径，为碳中和背景下低碳烯烃生产提供了创新解决方案。

　　

氧介导催化：CO₂

向轻质烯烃转化的绿色革命

1. 引言

全球能源需求增长导致CO₂
排放激增，传统烯烃生产依赖化石燃料且选择性受限。氧介导催化（OXZEO）技术通过双功能催化剂（金属氧化物+SAPO-34）将CO₂
直接转化为乙烯、丙烯等轻质烯烃（C₂
⁼
-C₄
⁼
），突破传统费托合成（FTS）的Anderson-Schulz-Flory分布限制，选择性可达80%以上。

2. 反应路径与机制

2.1 甲醇（MeOH）路线
CO₂
首先在金属氧化物（如ZnCrO_x
）表面通过氧空位活化为甲酸盐（HCOO*）或甲醇中间体，随后在SAPO-34酸性位点发生C-C偶联。关键发现：

• 酮烯路径：ZnCrO_x
  表面生成的CH₂
  CO*是C₂
  ⁼
  形成的关键载体
• 甲酸盐路径：GaZrO_x
  催化剂中Ga促进HCOO*→CH₃
  O*转化
• 二甲醚（DME）路径：遵循甲醇制烯烃（MTO）经典烃池机制

2.2 竞争反应调控
反向水气变换反应（RWGS）是主要副反应，通过优化ZnZrO_x
氧空位浓度可将CO选择性从60%降至30%。

3. 催化剂设计精要

3.1 金属氧化物创新

• Zn基氧化物：ZnO-ZrO₂
  固溶体通过氧空位吸附CO₂
  ，选择性达72%
• In₂
  O₃
  体系：Zr掺杂使氧空位密度提升5倍，甲醇产率提高400%
• Cr₂
  O₃
  特殊作用：促进乙醇中间体生成，乙烯选择性达74%

3.2 分子筛优化
SAPO-34的CHA拓扑结构通过：

• 酸强度调控（Br?nsted酸位密度0.15-0.3 mmol/g）
• 锰掺杂（MnSAPO-34）使C₂
  ⁼
  -C₄
  ⁼
  选择性提升至83%
• UIO-66膜修饰抑制烯烃二次加氢

4. 空间邻近效应

4.1 最优配置
粉末混合（粒径<50μm）时中间体传输效率最高，C₂
⁼
-C₄
⁼
选择性比双层床提高40%。核心发现：

• 球磨过度会导致In₂
  O₃
  迁移堵塞分子筛酸性位
• 核壳结构ZnZrO₂
  @Al₂
  O₃
  @SAPO-34使时空产率（STY）达18 mmol·g_cat
  ^-1
  ·h^-1

5. 工艺参数优化

在380°C、3 MPa、H₂
/CO₂
=3条件下：

• 温度超过400°C会引发烯烃过度加氢
• 压力>4 MPa促进RWGS反应
• 空速12,000 mL·g_cat
  ^-1
  ·h^-1
  时达到转化率-选择性平衡点

6. 未来挑战

当前技术瓶颈包括：催化剂寿命（<500小时）、C₂
⁼
/C_{3
=比例调控（1.5-4.0）、工业级反应器设计等。新型Ga2
O3
-ZIF-8复合催化剂展现出抗积碳特性，为规模化应用提供可能。}

（注：全文严格基于原文实验数据及结论归纳，未添加任何虚构内容）