近日，华侨大学的研究团队开发了一种以天然稻谷壳为硅源和多孔模板制备具有沙漏状空心结构的多级孔SAPO-34(bio-SAPO-34)的新技术。该催化剂在甲醇制烯烃(MTO)反应中具有94.5%的低碳烯烃选择性；其与ZnZrOx耦合组成的双功能催化剂可用于催化CO2直接转化为低碳烯烃的反应过程。相关研究成果发表于《应用催化 B：环境》杂志。

通过氢气直接将温室气体CO2转化为低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)是目前CO2的利用途径之一。该反应目前采用的催化剂通常由金属氧化物和沸石组成，如ZnZrOx/SAPO-34、InZrOx/SAPO-34等。然而SAPO-34的本征微孔孔道细长且小，在反应过程中易发生积炭而迅速失活，另外多级孔SAPO-34的制备通常需要聚乙二醇、聚乙烯亚胺等软模板，增加了工艺流程和制备成本，限制了工业化应用。

天然稻谷壳含有丰富硅元素(焙烧后灰分中的SiO2质量分数超过90%)，以有机沉积硅的水合物(蛋白石)形式存在，此外稻谷壳模板具有典型的三维大孔结构。

该研究团队采用天然稻谷壳为模板和硅源(无需添加含硅的化学试剂，如硅溶胶、正硅酸四乙酯、苯基三甲氧基硅烷等)成功制备多级孔bio-SAPO-34。研究结果表明，bio-SAPO-34的形貌和酸性质受稻谷壳添加量影响，当稻谷壳添加量合适时，bio-SAPO-34表现出合适的酸密度，有利于低碳烯烃生成，B酸和L酸的酸密度比为5.3时能促进C—C键耦合，提高CO2转化率。分子筛沙漏状中空结构及多级孔结构有助于积炭前躯体物种扩散，减缓积炭生成，100 h稳定性测试过程中，未出现明显失活现象，具有良好的稳定性。在380 ℃、3 MPa的条件下，CO2转化率为13.8%，低碳烯烃选择性为83%，时空产率高达6.14 mmol/(g·h)，特别是由逆水煤气变换(RWGS)反应产生的CO选择性被抑制为40%。ZnZrOx耦合bio-SAPO-34双功能催化剂表现出较好的催化性能和稳定性，且制备过程无额外添加硅源，成本低，具有一定的工业化潜力。

原位漫反射红外光谱表征结果表明，ZnZrOx催化剂表面生成的CH3O*物种是反应的关键中间体，转移至bio-SAPO-34的B酸性位点上，随后经过甲醇途径脱水耦合，进一步转化为低碳烯烃。