尖晶石Mg3-XCrXO4耦合HZSM-11纳米片双功能催化剂高效催化CO2定向转化为芳烃

针对CO2热力学稳定性高、芳烃选择性合成难的问题，研究人员设计出Mg3-XCrXO4/HZSM-11双功能催化剂，通过甲醇介导路径突破Anderson-Schulze-Flory分布限制，实现22.6%的CO2转化率和82.4%芳烃选择性（不含CO），为OX-ZEO催化剂设计提供新范式。

　　

随着全球对化石燃料依赖导致的CO₂排放问题日益严峻，如何将CO₂转化为高附加值化学品成为研究热点。芳烃作为塑料、纤维等工业品的基础原料，传统石油裂解工艺面临资源枯竭和碳排放限制的双重压力。尽管CO₂加氢制芳烃技术备受关注，但CO₂分子固有的热力学稳定性使其活化能垒高，而芳烃复杂的环状结构又要求精准的碳碳键耦合控制，这使得催化剂设计和反应路径调控成为关键挑战。

针对这一难题，山东理工大学的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表论文，开发了基于尖晶石结构的Mg_3-XCr_XO₄与HZSM-11分子筛复合的双功能催化剂（OX-ZEO）。该研究通过共沉淀法合成可调Mg/Cr摩尔比的尖晶石氧化物，结合物理混合HZSM-11纳米片构建催化体系，系统考察了其在CO₂加氢制芳烃反应中的性能。研究发现该体系遵循甲醇介导路径（methanol-mediated pathway），有效规避了传统费托合成（FT）路径的产物分布宽泛问题。

关键技术方法包括：1）共沉淀法制备组分可调的Mg_3-XCr_XO₄尖晶石；2）物理混合法制备OX-ZEO双功能催化剂；3）固定床反应器评价CO₂转化率与产物选择性；4）X射线衍射（XRD）和电子顺磁共振（EPR）表征氧空位浓度。

【Crystal phase structure and microstructure】
XRD分析证实MgCr₂O₄中Mg²⁺占据四面体位点（A位），Cr³⁺占据八面体位点（B位）。当Mg/Cr=0.5时形成纯相尖晶石（PDF#00-010-0351），其丰富的氧空位为CO₂活化提供活性位点。

【Conclusions】
最优催化剂MgCr₂O₄/HZSM-11在320°C、3.5 MPa条件下实现22.6%的CO₂转化率和82.4%芳烃选择性（不含CO）。连续运行100小时后仍保持21.1%转化率和79.3%选择性，展现优异稳定性。HZSM-11的三维直通孔道（10-MR）较传统HZSM-5具有更低传质阻力，与尖晶石组分协同促进芳构化反应。

该研究通过精准调控尖晶石氧空位浓度与分子筛酸性位点的空间匹配，为CO₂定向转化提供了新思路。其创新性体现在：1）首次将HZSM-11应用于CO₂-芳烃转化体系；2）阐明Mg/Cr比例对氧空位形成的构效关系；3）验证甲醇介导路径在突破产物分布限制方面的优势。这项工作不仅推动了OX-ZEO催化剂设计理论的发展，也为碳中和背景下CO₂资源化利用提供了技术储备。