科学家研发出将乙醇转化为高价值化学品和燃料的催化剂

西北太平洋国家实验室的 Christina Nunez

西北太平洋国家实验室的科学家开发了一种新型催化剂，该催化剂可将乙醇转化为C5 +酮，可作为从溶剂到航空燃料的所有物质的基础。在一篇新论文中，他们描述了这种突破性化学反应及其背后的机理。

图片提供：Andrea Starr | 太平洋西北国家实验室

尽管我们通常将乙醇用作储气罐的燃料，但也可以将其转化为有价值的化学物质，这些化学物质可以帮助替代汽油以外的各种石油产品。然而，不断发展的乙醇用于更广泛的行业需要比当今可用的化学过程更高效的化学过程。

西北太平洋国家实验室（PNNL）的科学家开发了一种新型催化剂，该催化剂可将乙醇转化为C5 +酮，可作为从溶剂到喷气燃料的所有物质的基础。在一篇新论文中，他们描述了这种突破性化学反应及其背后的机理。

一锅法将乙醇升级为C5 +酮

催化剂对于加速将乙醇转化为其他化合物的化学转化是必不可少的。为了在商业上可行，催化剂必须具有很高的活性，同时仍然必须选择性地产生所需的化学产品-换句话说，它必须可靠地生产出所需的确切材料。科学家们寻求乙醇的催化剂，该催化剂可以有效地分离出合适的化合物并反复进行。在需要大量反应步骤，朝着最终产品进行化学反应的化学过程中，这可能是一个很高的要求。

PNNL开发的催化剂将多个反应浓缩为一个步骤。乙醇在高温（370°C或698°F）和压力（300磅/平方英寸）下与催化剂接触。然后，它可以迅速转化为含有超过70％的C5 +酮的产品。该催化剂也表现出坚固性，在使用2000小时后仍保持稳定。最终目标是拥有可以持续2至5年的催化剂。

对于他们的研究，科学家将氧化锌和二氧化锆结合在一起用作催化剂。这种混合氧化物催化剂通常无法达到如此高的选择性，反而会分解出太多不需要的副产物。

但是研究人员在混合物中添加了另一个关键成分：钯。在此过程中，钯和锌形成的合金的行为与其组成部分有很大不同，仅催化导致C5 +酮形成的必要反应步骤。

PNNL的研究合著者兼高级研究工程师Karthi Ramasamy说：“新颖的是通过在反应过程中在钯和锌之间形成合金来生产这些酮。” “在这种催化剂上发生了许多中间步骤，每个步骤都需要催化剂的不同成分来活化它。”

一触即发，操作灵活

该催化剂可用于制备2-戊酮和/或2-庚酮，它们用于电子工业的溶剂中，通常衍生自石油。C5 +酮也可以用作生产燃料调合原料，润滑剂，喷气燃料和柴油的中间体。由可再生乙醇而不是化石资源生产此类产品可帮助减少温室气体排放并提高能源安全性。

拉马萨米说：“这种催化剂非常灵活。” “我们可以调整操作条件，例如温度和压力，以达到所需的产品组成。”

该方法在《Angewandte Chemie国际版》上发表的论文“乙醇直接催化转化为C5 +酮：Pd-Zn合金对催化活性和稳定性的作用”中进一步详细介绍了该过程。

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来源：PHYS