CO2 氧化乙烷脱氢制乙烯的反应机制解析：基于串联反应耦合的新策略

针对CO2 -ODHE（二氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯）反应网络复杂、催化机制不清的难题，研究人员通过串联反应耦合策略，提出了一种不依赖催化剂结构表征的定性定量分析新方法。该方法揭示了乙烷与CO2 的反应路径，计算出各反应中反应物的参与比例，为设计高效催化剂提供了理论指导，对实现乙烯工业低碳化具有重要意义。

　　

乙烯作为生产塑料、乙酸等高附加值化学品的关键原料，传统蒸汽裂解工艺需在750°C以上高温运行，能耗高且污染严重。非氧化脱氢（NDHE）同样面临高温瓶颈，而氧化脱氢（ODHE）虽能降低反应温度，但氧气作为氧化剂易导致乙烷深度氧化。CO₂
作为温和氧化剂的ODHE（CO₂
-ODHE）技术兼具低温优势和抑制积碳能力，但其复杂反应网络（涉及7个相互耦合的反应）长期阻碍高效催化剂开发。现有研究多聚焦催化剂结构优化，对反应路径定量解析的缺失成为制约瓶颈。

华南理工大学的研究团队在《Journal of Catalysis》发表研究，创新性提出基于串联反应耦合的机制解析方法：将ODHE反应拆解为乙烷脱氢（EDH）与逆水煤气变换（RWGS）的耦合，将干重整乙烷（DRE）反应视为积碳反应与逆布杜反应（RBR）的耦合。通过建立数学模型，实现了对乙烷和CO₂
在各反应中转化率的定量计算，并采用相对误差和灰色关联分析验证方法的适用性。

关键技术方法
研究采用离子交换法制备分子筛负载钴催化剂（如SSZ-13、ZSM-5），通过固定床反应器进行CO₂
-ODHE性能测试，结合气相色谱分析产物分布。利用热力学平衡计算评估各反应温度依赖性，通过串联反应耦合模型计算反应物参与比例，最终通过灰色关联分析验证模型可靠性。

研究结果

1. 催化剂制备：采用Co(NO₃
   )₂
   ·6H₂
   O等前驱体，通过离子交换法合成不同分子筛负载钴催化剂。
2. 反应路径解析：证实ODHE反应中EDH与RWGS的耦合占比达78%，DRE反应中积碳与RBR耦合主导高温路径。
3. 模型验证：灰色关联分析显示计算值与实验值的关联度>0.9，验证了方法的精确性。

结论与意义
该研究突破了传统依赖催化剂结构表征的机制研究范式，首次实现CO₂
-ODHE反应网络的定量解析。通过揭示EDH-RWGS与积碳-RBR的耦合规律，为定向抑制副反应（如DRE）提供了理论依据。该方法可推广至其他复杂串联反应体系，对低碳化工过程开发具有普适指导价值。研究获国家自然科学基金等项目支持，Yuxin Jin、Ying Wang和Chuanfu Wang为共同第一作者。