过程工程学报 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (12): 1319-1333.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225108
刘琦1,2, 张亲亲1, 刘莹2, 李逸2, 苏倩2, 刘一凡2, 李雨浓2*, 杨子锋2*
Qi LIU1,2, Qinqin ZHANG1, Ying LIU2, Yi LI2, Qian SU2, Yifan LIU2, Yunong LI2*, Zifeng YANG2*
摘要: 利用CO2合成碳酸二甲酯(DMC)是C1化学转化的重要应用,其中碳酸乙烯酯(EC)醇解反应制备DMC是该路线的关键步骤。工业催化剂甲醇钠具有高催化活性,但其过强的碱性对设备提出了严格要求,且使用后无法回收利用,增加产品分离难度的同时造成了环境负担。双金属氧化物催化剂凭借其可调控的Lewis酸碱双活性位点及结构可设计性等优势,被视为醇解反应的理想非均相催化材料。然而,现有研究仍面临催化剂活性与稳定性难以协同优化、催化剂构效调控规律不清晰、制备路线繁冗和催化条件苛刻等关键科学问题,且针对该反应的双金属氧化物催化剂的强化合成策略也尚缺少深入研究,制约了非均相催化体系的设计及在DMC合成中的应用。因此,本研究创新性地提出了超声水热-离子液体介导法调控策略,以[Bmim]BF4离子液体为导向模板剂,通过超声辅助水热法成功构建了活性和稳定性俱佳的Mg-Zr双金属氧化物催化剂(UIL-MgZrO),系统研究了离子液体介导与不同强化制备手段的耦合作用对催化剂晶体生长、晶相演变及表面特性的影响机制,揭示了协同调控金属氧化物活性位点的作用规律,从而改善双金属氧化物的催化效率。在醇解过程中,所制备的UIL-MgZrO催化剂在温和条件(90℃,1 h)下实现了72.1%的EC转化率和99.9%的DMC选择性,其性能指标处于目前已报道的非均相体系醇解的较高水平。本研究为金属氧化物表面结构性质的精确调控提供了新策略,为CO2合成碳酸酯工艺提供了技术支持。