近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究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》期刊上。

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(guò)程，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(guò)程通常需要在300攝氏度以上、壓力大于2兆帕的條件下運(yùn)行，能耗和成本相對(duì)較高。此外，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。

為解決上述問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)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，提升一氧化碳的活化效率。在250至260攝氏度、0.1兆帕的溫和條件下，該催化體系可實(shí)現(xiàn)80%的一氧化碳轉(zhuǎn)化率、60%的低碳烯烴選擇性和超過(guò)80%的總烯烴選擇性，并適用于較寬的氫碳比范圍。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(guò)度還原和碳化，從源頭上改善一氧化碳活化過(guò)程，為理解和調(diào)控合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供了新的視角。

未來(lái)，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、催化劑活性中心結(jié)構(gòu)演化及反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化等關(guān)鍵問(wèn)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(guò)程發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。