💡这项突破是什么?
近日，我校化学化工学院陕西省合成气转化重点实验室刘忠文教授团队在二氧化碳氧化乙苯脱氢绿色过程方面取得阶段性进展，相关成果以“Boosting the Oxidative Dehydrogenation of Ethylbenzene with CO2 by the Synergistic Effect of V2O5 and Al2O3 via Alkaline Treatment”为题发表在化学领域国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被选为热点论文（Hot Paper）。论文第一作者为我校化学化工学院杨国庆博士，通讯作者为刘忠文教授和德国莱布尼茨催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授。
苯乙烯是重要的有机化工原料，广泛用于生产聚苯乙烯树脂、丁苯橡胶、离子交换树脂等。工业上主要采用乙苯直接脱氢工艺生产苯乙烯，该过程需要在高温（600-650 °C）下进行，能耗高，且受热力学平衡限制，单程转化率低。以CO2作为弱氧化剂的乙苯氧化脱氢过程（CO2-ODEB）可在相对温和的条件下打破热力学平衡限制，提高乙苯转化率，同时实现CO2的资源化利用，是一条绿色、高效的苯乙烯生产新路径。然而，该过程面临的关键挑战是开发高活性、高选择性和高稳定性的催化剂。
刘忠文教授团队长期致力于合成气转化及CO2催化转化利用研究。前期研究发现，碱性处理可以显著提升VOx-Al2O3催化剂在CO2-ODEB反应中的性能（Ind. Eng. Chem. Res. 2023, 62, 7510）。在此基础上，团队通过系统的表征和理论计算，揭示了碱性处理调变VOx-Al2O3催化剂结构与性能的机制。研究表明，碱性处理一方面通过选择性溶解部分非晶态Al2O3，暴露出更多与VOx相互作用的活性Al3+位点，增强了V-O-Al键的强度，稳定了VOx物种；另一方面，碱性处理增加了催化剂表面的中等强度碱性位点，促进了CO2的活化。V-O-Al键的增强和碱性位的增加协同促进了反应物乙苯的活化与转化，从而大幅提升了催化剂的活性和稳定性。该工作为设计和开发高效的CO2氧化脱氢催化剂提供了新思路。
该研究成果得到了国家自然科学基金（22178252, 21872101, 21776178）、陕西省重点研发计划（2023-YBGY-456）、中央高校基本科研业务费（GK202201008, GK202101003）以及德国科学基金会（DFG, KO 2261/18-1）的资助。论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202315582（该工作被Angew. Chem. Int. Ed.期刊以“Alkaline Solution Improves Catalyst for Styrene Production”为题（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202315582，https://doi.org/10.1002/ange.202315582）亮点报道。基于上述策略的部分关键技术获授权中国发明专利1件（ZL202110110652.0）。
VOx-Al2O3催化剂的碱性水溶液处理方法（a）及原理（b）示意图
论文第一作者杨国庆博士，2015年毕业于宁夏大学，获应用化学专业工学学士学位。同年以推荐免试研究生身份进入我校化学化工学院，攻读材料学专业硕士学位，导师刘忠文教授。2017年转为硕博连读研究生，2023年6月获应用化学专业工学博士学位，期间（2022.5-2023.5）受国家留学基金委资助，赴德国莱布尼茨催化研究所进行联合培养（导师Evgenii V. Kondratenko教授）。目前为化学化工学院讲师，主要从事CO2作为弱氧化剂利用的非均相催化过程方面的研究。攻读博士学位期间，在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Catal.、Ind. Eng. Chem. Res.、Nano Res.等期刊发表研究论文9篇。
