文丨山西日?qǐng)?bào) 沈佳

近日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所溫曉東研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)馬丁教授團(tuán)隊(duì)在《Science》雜志發(fā)表最新研究成果。研究首次在鐵基費(fèi)托合成催化劑上實(shí)現(xiàn)了CO2選擇性低于1%、烯烴選擇性超過85%的重大突破，為高碳資源的清潔高效利用提供了全新思路。

烯烴是合成纖維、橡膠和塑料等化工產(chǎn)品的關(guān)鍵原料，被譽(yù)為“化工基石”。長(zhǎng)期以來，工業(yè)烯烴主要來源于石油裂解。隨著石油資源趨緊與“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，開發(fā)以煤炭、天然氣或生物質(zhì)氣化合成氣為原料的綠色低碳路徑成為國際前沿方向。其中，費(fèi)托合成因能直接將合成氣轉(zhuǎn)化為烯烴和燃料，備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)鐵基催化劑同時(shí)具有費(fèi)托合成、水煤氣變換以及CO歧化多重活性，導(dǎo)致大量CO2生成，嚴(yán)重限制了碳利用效率和烯烴選擇性。

針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合表面化學(xué)勢(shì)調(diào)控理論、自動(dòng)化高通量實(shí)驗(yàn)，提出了一種痕量鹵代烷烴共進(jìn)料調(diào)控策略。通過X-射線光電子能譜、同步輻射X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜、高靈敏度低能離子散射譜等各種先進(jìn)表征技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)氣中引入百萬分之一級(jí)的鹵代烷烴，即可在分子層面實(shí)現(xiàn)對(duì)表面氧物種循環(huán)的有效調(diào)節(jié)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)控催化劑表面的催化性能，這一“分子手術(shù)式”策略無需改變催化劑配方，只需在反應(yīng)體系中引入微量鹵素，即可實(shí)現(xiàn)CO2近零排放與高烯烴選擇性，具有即插即用的普適優(yōu)勢(shì)。該研究不僅實(shí)現(xiàn)了低碳與高效的雙重突破，還揭示了鹵素在反應(yīng)中的活化—調(diào)控機(jī)理，為理解鐵基費(fèi)托催化劑的微觀反應(yīng)路徑提供了重要理論依據(jù)。

未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索鹵素調(diào)控策略的工業(yè)放大與長(zhǎng)期穩(wěn)定性驗(yàn)證，推動(dòng)其在煤制油、天然氣轉(zhuǎn)化及生物質(zhì)利用等領(lǐng)域的應(yīng)用，助力我國煤化工產(chǎn)業(yè)向高效、低碳、綠色方向轉(zhuǎn)型。