液相热处理介质调控二元CuZn催化剂合成气制C2+ 醇类的关键机制与工业应用探索

本研究针对合成气制C2+ 醇类过程中催化剂效率低、副产物多的问题，通过完全液相（CLP）技术系统探究了不同液相介质（液体石蜡、PEG-400、硬脂酸）热处理对二元CuZn催化剂性能的影响。研究发现液体石蜡处理的催化剂（CZ-LP）具有28.4%的CO转化率和60%以上的C2+ 醇类选择性，而PEG-400处理则倾向生成甲醇。通过构建双床层混合催化剂（CZ-LP|CZ-PEG），实现了26%的CO转化率和62.2%的C2+ 醇类选择性，同时显著抑制CO2 生成。该研究揭示了Cu+ 位点与CuZn颗粒尺寸的协同作用机制，为工业催化剂设计提供了新思路。

　　

能源危机与环境污染的双重压力下，如何高效利用煤炭、天然气等非石油资源合成高附加值化学品成为全球研究热点。合成气（CO + H₂
）作为关键平台分子，其催化转化为乙醇等C₂₊
醇类技术备受关注。然而，现有催化剂面临选择性低、副产物多、贵金属依赖等瓶颈——Rh基催化剂虽性能优异但成本高昂，改性费托（F-T）催化剂又易发生相分离。铜基催化剂因其独特的CO非解离吸附和碳碳偶联能力被视为潜力替代者，但传统制备方法难以精准调控活性位点结构。

新疆大学、山西大学等机构的研究人员创新性地采用完全液相（CLP）技术，通过液相介质热处理方法替代传统固相煅烧，系统研究了液体石蜡、PEG-400和硬脂酸三种介质对二元CuZn催化剂性能的影响。研究发现，液体石蜡处理的CZ-LP催化剂展现出28.4%的CO转化率和超60%的C₂₊
醇类选择性，而PEG-400处理则主要生成甲醇。更巧妙的是，将两种催化剂分层装填形成的CZ-LP|CZ-PEG混合体系，在保持26% CO转化率的同时，C₂₊
醇类选择性提升至62.2%，且有效抑制了CO₂
生成。这项突破性成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，为工业级催化剂设计提供了新范式。

研究团队通过X射线衍射（XRD）、程序升温还原（H₂
-TPR）等技术揭示了介质依赖的催化剂结构演变规律：液体石蜡促进形成富含Cu⁺
位点和大尺寸CuZn颗粒的活性结构，而PEG-400导致铜物种高度分散。结合酸性测试和反应动力学分析，建立了"酸量-CO转化率"正相关、"Cu⁺
/颗粒尺寸-C₂₊
醇选择性"协同调控的构效关系模型。

催化剂制备
采用CLP方法制备Cu/Zn摩尔比1:4的催化剂前驱体，分别在液体石蜡、PEG-400和硬脂酸介质中完成液相热处理，最终获得CZ-LP、CZ-PEG和CZ-SA三种催化剂。

XRD分析
CZ-LP和CZ-PEG催化剂均显示金属Cu⁰
的（111）、（200）晶面特征峰，但前者具有更明显的CuZn合金相衍射峰，表明液体石蜡介质更利于双金属相互作用。

讨论
研究提出双位点协同作用机制：Cu⁺
位点促进CO*/CHO*中间体插入，而大尺寸CuZn颗粒则有利于桥式吸附CO解离形成CH_x
*物种。这种空间和电子效应的协同作用，是实现C-C键偶联生成C₂₊
醇类的关键。

结论
该研究不仅证实了液相热处理介质对催化剂性能的决定性影响，更创新性地提出分级装填策略。混合催化剂CZ-LP|CZ-PEG在保持高活性的同时显著提升目标产物选择性，其62.2%的C₂₊
醇类选择性已达到工业应用门槛。研究揭示的"酸量-转化率"、"Cu⁺
/颗粒尺寸-选择性"定量关系，为理性设计非贵金属催化剂提供了理论依据。这项技术有望推动合成气制醇工艺从实验室走向工业化，对实现煤炭清洁高效利用具有重要战略意义。