乙醇，俗称“酒精”，既是重要的基础化学品，又与人们的日常生活息息相关，可用于制造饮料、消毒剂、车用燃料。同时，乙醇还可以转化为乙烯和下游高价值化工产品。在乙醇制备方面，工业上一般采用粮食发酵法和煤基乙醇技术。粮食发酵法制备乙醇不可避免出现“与人争粮”的局面，煤基乙醇工艺路线复杂、且制造乙醇过程中产生大量的二氧化碳。
“利用二氧化碳作为碳源一步直接合成更高价值的乙醇，不仅可以避免消耗粮食和煤炭资源，还能降低二氧化碳排放。这一技术难题的解决将为二氧化碳大规模高值利用提供巨大机遇。”论文通讯作者刘小浩告诉记者。
近年来，科学家已经开发了多种途径将二氧化碳转化为乙醇，比如光催化、电催化、以及间歇釜热催化。相较于上述技术途径，在连续流固定床反应器中，由于便捷的物质流和能量流管理，更容易实现工业应用。刘小浩进一步解释，但目前的技术无法实现可控精准增碳定向生成乙醇，易产生大量低价值的副产物。
此次，研究人员创新性地采用“结构封装法”精准构筑“双钯催化位点”-纳米“蓄水”膜反应器，合成的催化剂结构类似于一个胶囊，胶囊内部封装了二氧化铈载体分散的双钯催化剂。胶囊的壳层具有高选择性，疏水修饰后，保证内部生成的水富集而产物乙醇可以溢出。其中的水环境可以稳定双钯活性位点，该催化剂能够实现温和条件下（3 MPa，240 ℃）二氧化碳近100%选择性高效稳定转化为乙醇。
刘小浩介绍，以往研究中采用的各种热催化转化催化剂，特别是在连续流反应器中，无法实现有效的增碳合成单一高碳产物，主要是无法实现中间物种的定向转化和碳链增长的精确可控。“本次研究基于我们团队在前期对钯-二氧化铈体系在二氧化碳加氢反应中的研究（包括氧空位、活性中心构型、反应装置类型等），构筑的“双钯活性位点”具有独特的几何和电子结构，其邻近的钯位点和富电子特性有利于促进中间物种碳-氧键解离和随后的碳-碳偶联，从而实现二氧化碳加氢定向生成单一高价值产物乙醇。”
“催化剂合成工艺和催化反应路线简单，有大规模工业化应用前景，我们未来将继续推进催化剂在实际应用过程的工业化放大以及与碳捕集和绿氢生产耦合实现二氧化碳资源的高价值利用。”刘小浩说。
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