近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱“大連化物所”)孫劍研究員和葛慶杰研究員團(tuán)隊(duì)在合成氣制低碳烯烴方面取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出了一種基于費(fèi)托合成體系的催化新策略，實(shí)現(xiàn)了合成氣在溫和條件下(250–260 ℃，0.1 MPa)向低碳烯烴的高效轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果于北京時(shí)間4月1日發(fā)表在《自然》(Nature)上。

　　費(fèi)托合成是以合成氣(一氧化碳和氫氣)為原料，制備燃料和化學(xué)品的重要工業(yè)過程，在煤炭資源豐富而石油資源相對(duì)不足的國(guó)家具有重要的應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)具有“富煤、貧油、少氣”的特點(diǎn)，發(fā)展以合成氣為中間體的轉(zhuǎn)化技術(shù)，對(duì)保障能源安全和推動(dòng)化工原料多元化具有重要意義。傳統(tǒng)費(fèi)托合成制烯烴過程通常需要在300 °C以上、壓力大于2 MPa的條件下運(yùn)行，能耗和成本相對(duì)較高，同時(shí)，在溫和條件下，反應(yīng)體系普遍存在轉(zhuǎn)化率與低碳烯烴選擇性之間的權(quán)衡關(guān)系，即隨著轉(zhuǎn)化率的提高，低碳烯烴選擇性往往顯著下降，使得在高轉(zhuǎn)化率(>60%)條件下實(shí)現(xiàn)低碳烯烴的高選擇性仍面臨挑戰(zhàn)。

　　為解決上述問題，本研究從反應(yīng)本征機(jī)理出發(fā)，發(fā)現(xiàn)引入特定親水羥基助劑能夠?qū)σ谎趸蓟罨a(chǎn)生積極影響，為理解和調(diào)控合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供了新的視角。研究發(fā)現(xiàn)，在鈉-鈷-錳催化體系中引入特定羥基助劑，可以構(gòu)建富含表面羥基的反應(yīng)界面，誘導(dǎo)形成具有低對(duì)稱性三斜相結(jié)構(gòu)的鈷錳復(fù)合氧化物新催化位點(diǎn)，提升一氧化碳的活化效率。在250–260 ℃、0.1 MPa的溫和條件下，該催化體系在較寬氫碳比范圍內(nèi)一氧化碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%，低碳烯烴選擇性可達(dá)60%，總烯烴選擇性超過80%。結(jié)構(gòu)表征與機(jī)理研究表明，羥基助劑能夠抑制催化劑的過度還原和碳化，穩(wěn)定活性氧化物相，從源頭上優(yōu)化一氧化碳活化與碳-碳偶聯(lián)之間的協(xié)同關(guān)系，為理解一氧化碳/二氧化碳催化轉(zhuǎn)化過程中多相活性結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　　未來，團(tuán)隊(duì)將圍繞羥基助劑調(diào)控一氧化碳/二氧化碳催化轉(zhuǎn)化體系的構(gòu)筑方式、活性位結(jié)構(gòu)演化及反應(yīng)過程優(yōu)化等關(guān)鍵問題，持續(xù)推進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索，為我國(guó)煤炭清潔高效利用和低碳化工過程發(fā)展提供有利技術(shù)支撐。