第一作者：Mi Gyoung Lee

通訊作者：Edward H. Sargent、Mohamed Eddaoudi

通訊單位：加拿大多倫多大學、阿卜杜拉國王科技大學

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將二氧化碳（CO₂）轉(zhuǎn)化為合成烴燃料越來越受到關注。鑒于將CO₂轉(zhuǎn)化為乙烯的進展，Edward H. Sargent院士團隊探索了二聚成1-丁烯的途徑，1-丁烯是一種烯烴，可以作為乙烯長鏈烷烴的結(jié)構單元。本論文探討了將CO₂轉(zhuǎn)化為合成烴類燃料的方法，特別是通過電化學合成乙烯（C₂H₄）后，進一步將其二聚成1-丁烯（1-C₄H₈）。

作者研究了一系列含有雙金屬催化位點的金屬有機骨架（MOFs），發(fā)現(xiàn)可調(diào)的孔道結(jié)構能夠優(yōu)化選擇性，而周期性的孔道通道則增強活性。在將CO₂轉(zhuǎn)化為1-C₄H₈的串聯(lián)系統(tǒng)中，作者發(fā)現(xiàn)了性能最佳的MOF：M′₂(OAc)₄M″(CN)₄ MOF，其1-C₄H₈的產(chǎn)率達到1.3 mol g_cat^-1 h^-1，C₂H₄的轉(zhuǎn)化率為97%。

基于這些實驗數(shù)據(jù)，作者預測了當CO₂直接從空氣捕獲時，且所需能量由風電提供，估計產(chǎn)率為?2.1 kg-CO₂e/kg-1-C₄H₈。

圖文導讀

圖1：不同金屬組合(M‘₂(OAc)₄M″(CN)₄ MOF上乙烯二聚體的DFT計算

圖2：M′M″ MOF催化劑的設計和表征

圖3：環(huán)境條件下乙烯二聚性能及氣體吸收研究

圖4：串聯(lián)系統(tǒng)實現(xiàn)eCO₂RR，然后進行乙烯二聚反應

圖5：1-C₄H₈生產(chǎn)的碳足跡

總結(jié)展望

研究團隊合成了雙金屬H₂:RuNi MOF催化劑，并研究了其將C₂H₄二聚化為1-C₄H₈的活性。通過串聯(lián)電化學-熱化學系統(tǒng)，直接從CO₂在環(huán)境條件下生產(chǎn)1-C₄H₈，取得了顯著的成果。

級聯(lián)路線代表了生成可再生燃料的戰(zhàn)略途徑，最終實現(xiàn)了航空業(yè)實現(xiàn)凈零碳排放的目標。本工作為打造零碳運行的未來全球航空業(yè)起到了關鍵作用。

文獻信息

標題：Bimetallic Metal Sites in Metal?Organic Frameworks Facilitate the Production of 1?Butene from Electrosynthesized Ethylene

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c03806