客观日本

二氧化碳合成人造石油有望取得新进展,东京大学发现无需使用重金属的FT型反应

2020年08月20日 能源环境

东京大学研究生院工学系研究科的野崎京子教授与Pal特任教授等人发现,利用硼作为催化剂,便能在室温下进行连接一氧化碳形成烃链(石油成分)的反应。也就是说,通过使具备氢-硼键的物质共存,一氧化碳会连续插入碳-硼键中,形成烃链(石油成分)。该反应是FT法的关键步骤。FT法(费托合成法)是通过合成气(一氧化碳与氢的混合物)形成烃链的反应,用于合成人造石油。目前以铁和钴等重金属为催化剂,在高温高压的反应条件下进行合成。

合成气现在主要利用煤炭或天然气来生产,也可以利用二氧化碳和氢制造,利用此次的研究成果开发的高效FT法有望应用于利用二氧化碳制造石油的工艺。

FT法利用合成气(一氧化碳和氢的混合物)制造代替石油的合成油,最初是1920年代在德国开发出来的。合成气一般以煤炭、天然气和水为原料制造(图1)。这样获得的人造石油不含天然石油含有的硫等杂质,因此不会引起酸雨等问题。最近,随着2000年代开始的页岩气革命,美国能够获得大量的天然气,FT法作为其利用方法被重新审视。另外,如果能利用可再生能源轻松获得氢,那么使用二氧化碳和氢也能制备合成气,因此FT法作为利用二氧化碳制造人造石油的关键技术备受关注。

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图1:利用FT法制造人造石油的原理

目前FT法的催化剂一般使用铁和钴等重金属,而且还还需要高温高压等反应条件(最低也要达到200℃以上),因此能源消耗量较大,需要进一步提高效率。此次,东京大学野崎研究室(Phanopoulos博士、Pal特任助教、川上博士、野崎教授)发现,不使用任何重金属就能实现FT法的关键反应,使用硼(石头成分)代替重金属,可在室温下实现碳链伸长(图1)。由于还原剂使用氢化硼而不是氢,因此目前还无法完全取代FT法的催化剂(图2),但此次的发现为设计全新的催化剂指明了方向,今后有望加速推进旨在实现可持续发展工艺的研究。

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图2:在存在氢化硼的情况下,多个一氧化碳插入烷基硼中,观察到烷基链伸长。

论文信息
题目:Heavy Metal-Free Fischer-Tropsch Type Reaction: SequentialHomologation of Alkylborane Using a Combination of CO and Hydrides as Methylene Source
期刊:Journal of the American Chemical Society
URL:pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06580

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部