低温CO2加氢制芳烃：硼改性ZSM-5与ZnZrOx协同催化体系的突破性进展

为解决低温CO2加氢制芳烃（C8–C10）催化剂效率低、稳定性差的问题，研究人员通过一步固态结晶法合成硼（B）改性ZSM-5分子筛，并与ZnZrOx复合构建双功能催化剂。该催化剂在300 oC、3 MPa条件下实现芳烃选择性88.0%（CO2转化率14.3%），且稳定性超1000小时，为航空燃料绿色合成提供新策略。

　　

研究背景与意义
在全球碳中和背景下，将CO₂转化为高附加值化学品成为研究热点。芳烃（如C₈–C₁₀）是航空燃料的关键前体，但现有石油路线依赖化石资源且高能耗。尽管CO₂加氢制芳烃可通过费托合成（CO₂-FTS）或甲醇介导（CO₂-MeOH）路径实现，但高温（>320 oC）下选择性低、副反应多，而低温又面临CO₂惰性活化与C–C耦合控制的难题。因此，开发高效低温双功能催化剂迫在眉睫。

研究机构与核心发现
中国科学院的研究团队通过固态结晶法合成硼（B）改性层状ZSM-5分子筛，并与ZnZrO_x（ZZO）复合，构建了ZZO/B-Z5-x催化剂体系。该催化剂在300 oC、3 MPa的温和条件下，实现芳烃选择性88.0%（CO₂转化率14.3%），其中C₈–C₁₀占比>99%，且稳定性突破1000小时。相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

关键技术方法
研究采用沉积-沉淀法制备ZnZrO_x，以H₃BO₃为硼源通过种子辅助固态结晶法合成B-ZSM-5；通过原位漫反射红外光谱（DRIFTS）追踪反应中间体；结合X射线吸收谱（XAS）和酸性表征（如NH₃-TPD）分析催化剂结构与活性关系。

研究结果

1. ZnZrO_x制备与表征
   ZnZrO_x通过共沉淀法合成，其丰富的氧空位（O_v）有效活化CO₂，单独测试时主要生成甲醇（93.5%）和二甲醚（6.3%）。

2. ZZO/B-Z5-x催化性能
   B改性使ZSM-5的骨架铝（Al_F）富集于交叉通道，促进芳烃生成；同时增加布朗斯特酸位点（Br?nsted acid sites）并弱化酸强度，抑制积碳。ZZO/B-Z5-0.2在300 oC下芳烃选择性达81.3%（CH₄仅0.1%）。

3. 机理与稳定性分析
   原位DRIFTS显示含氧物种和轻质烯烃为关键中间体。B调控的Al分布、酸性与形貌协同促进芳烃形成与扩散，使催化剂寿命远超传统ZSM-5体系。

结论与意义
该研究通过B改性精准调控ZSM-5的Al分布与酸性，结合ZnZrO_x的CO₂活化能力，首次实现低温高效CO₂-芳烃转化。其工业化潜力体现在：① 温和条件降低能耗；② 高选择性生成航空燃料前体；③ 超长稳定性减少催化剂更换成本。这一成果为CO₂资源化与清洁能源发展提供了创新性解决方案。