CO2作为温室气体,其大量的排放带来了诸多环境问题,如全球气候变暖、海水酸化、极端气候频发等。2020年我国明确提出了“双碳”目标。在“双碳”目标下如何实现CO2减排是当前急需解决的问题。从资源化利用的角度出发,CO2是重要的碳资源及碳氧资源。如何将CO2资源化利用是解决CO2减排的重要路径之一。CO2分子稳定性较高（ΔfGo=-393.5 kJ/mol）,但是通过CO2加氢可将其转化为CO、甲酸、甲醇、烯烃、芳烃等高附加值化学品。若在CO2加氢过程中使用通过可再生资源制得的H2,即可实现CO2的减排及资源化利用。含有sp~3C-H键的芳香族化合物可通过sp~3C-H键烷基化反应实现碳链增长,合成高附加值化学品。在该类反应中,甲醛常被作为甲基化试剂,然而甲醛稳定性差,毒性高。甲醇也可作为甲基化试剂以替代甲醛,其通过脱氢到甲醛并进行侧链烷基化反应,但甲醇在高温下分解严重。基于此,通过构建复合金属氧化物/碱性分子筛串联催化体系,利用金属氧化物催化CO2加氢产生的碳氧中间体作为甲基化试剂,通过碱性分子筛的作用实现芳香族化合物sp~3C-H键的烷基化反应,可以在催化侧链烷基化反应的同时,促进CO2的资源化利用。1.构建PVP-ZnxZr100-xOy复合金属氧化物催化剂和金属离子改性的分子筛串联催化体系。在该催化体系的作用下,通过催化剂筛选和反应条件优化,PVP-Zn40Zr60Oy/CsX(m(PVP-Zn40Zr60Oy):m（CsX）=1:6)串联催化剂可实现CO2加氢耦合4-甲基吡啶（MEPY）高效制备4-乙基吡啶（ETPY）。催化剂在液体空速（VHSV）0.6 mL·g-1·h-1,H2/CO2=3:1,气体空速（GHSV）6000 mL·g-1·h-1,反应温度380℃,2 MPa下,以19.6%的转化率实现MEPY高选择性地转化为ETPY（82%选择性）。该串联催化剂整合了复合金属氧化物在高温下可高效催化CO2加氢制备甲醇的优势及碱金属离子改性的X型分子筛碱性对sp~3C-H键高效活化的优势,实现了CO2加氢反应与MEPY侧链烷基化的串联。串联催化剂体系在空间尺度上的协同效应及CO2加氢的中间体是实现串联反应在动力学上耦合的关键。在MEPY侧链烷基化反应中,CO2加氢体系的转化率比以甲醇作为甲基化试剂的体系的转化率提高了6.5倍。综上结果可得,在CO2加氢体系中侧链甲基化的试剂为CO2加氢到甲醇过程中的关键中间物（CHxO）。2.受电子性质的影响甲苯侧链的C-H键比MEPY侧链的C-H键更惰性,因此通过甲苯侧链烷基化制乙苯更具有挑战性。因此,实现甲苯sp~3C-H键的活化需要更高反应温度。根据CO2加氢制备甲醇的反应热力学,在高于400℃的温度下,CO2加氢到甲醇的平衡转化率接近0。因此,为实现甲苯的侧链烷基化反应,可通过CO加氢与甲苯进行耦合。通过催化剂和反应条件的优化,m（ZnCrAlO）/m（CsX-H）=25:75催化体系可以实现CO加氢耦合甲苯串联制备乙苯。在T=470℃,H2/CO=2:1,GHSV=3000 mL·g-1·hour-1,P=2.0 MPa,VHSV=1.0 mL·g-1·hour-1条件下,串联催化剂以6.1%的甲苯转化率和41%的选择性得到乙苯。并且该体系具有良好的稳定性,反应96 h后无明显失活。由上可知,通过构建复合金属氧化物/碱金属离子改性分子筛串联催化剂,利用CO2/CO加氢耦合MEPY/甲苯高效的实现侧链sp~3C-H键的烷基化。该体系的构建为通过CO2/CO加氢实现sp~3C-H键的活化和C-C键的偶联提供了理论及实验支持。