芳烃是最重要的商品化学品，广泛用于生产精细化学品，如聚合物、表面活性剂、药物和染料。其中，C₈₊芳烃也是合成煤油基航空燃料的关键前体。因此，使用CO₂与绿色氢气反应产生芳烃不仅有助于减少温室气体排放和我们对化石能源的依赖，而且还提供可持续航空燃料，从而实现可持续的清洁能源和化学工业。然而，低温CO₂加氢制芳烃高效、高稳定性催化剂的构筑仍然是一个重大挑战。

前期，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）首创了CO₂加氢耦合催化策略，构建了CO₂加氢高效制燃料与化学品新平台（Nat. Chem. 2017, 9, 1019），实现CO₂加氢一步选择性合成低碳烯烃、长链α-烯烃、芳烃与多碳醇，部分研究成果的系统总结与综述已发表于（ACS Cent. Sci. 2020, 6, 1657; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210095; Chin. J. Catal. 2022, 43, 2045）。针对航空煤油馏分的合成，系统调控了金属氧化物与ZSM-5分子筛物理化学性质构建催化新体系，实现航煤馏分芳烃的选择性最高达80%。

图1. ZnZrO_x/B-modified ZSM-5催化剂上CO₂加氢制芳烃示意图

近日，低碳转化科学与工程中心绿色碳科学团队/低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室高鹏研究员团队在低温（≤300 ^oC）CO₂加氢制芳烃催化剂构筑方面取得新进展。研究团队通过简单的一步固态结晶法合成了具有层状堆叠形貌的硼（B）改性ZSM-5分子筛，并将其与ZnZrO_x结合得到了高活性的双功能催化剂用于CO₂加氢制芳烃。B的掺入有效调整了骨架Al的位置，增加了分子筛交叉孔道中Al物种的比例，有利于芳烃的形成。此外，B改性还增加了Brønsted酸位的数量，减弱了分子筛的酸强度。Al分布、酸度和形貌的协同作用促进了芳烃在双功能催化剂中的快速形成和扩散，显著提高了芳烃的选择性和稳定性。在300 ^oC和3 MPa的温和反应条件下，ZnZrO_x/B改性ZSM-5催化剂的芳烃选择性最高为88.0%，CO₂转化率为14.3%，表现出前所未有的优异性能。其中99%为生产航空煤油燃料前体的C₈–C₁₀芳烃。此外，合成的双功能催化剂在1000 h以上表现出超高的稳定性。In situ DRIFTS分析表明，含氧物质和轻质烯烃是CO₂加氢制芳烃反应的关键中间体。本研究为低温CO₂加氢制芳烃提供了一条有前景的新途径和高效的双功能催化剂体系。

相关工作以“Low-temperature CO₂ hydrogenation to aromatics over ZnZrO_x integrated with boron-modified ZSM-5”为题在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上发表。该工作的第一作者为上海高研院博士研究生刘佳，共同一作为上海高等研究院杨承广副研究员，通讯作者为高鹏研究员。同步辐射X射线吸收实验通过与我院光源科学中心李炯研究员在BL11B线站开展in-house研究完成。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目与面上项目、中国科学院青年交叉团队、中国科学院上海分院青年攀登计划、上海市优秀学术带头人计划、上海市自然科学基金原创探索项目等项目的支持。

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https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125523