催化剂“微改造”拓展碳基资源清洁利用路径

记者11月3日从中国科学院山西煤炭化学研究所获悉，日前该研究所研究员温晓东团队联合北京大学教授马丁团队在《科学》发表铁基费托合成催化剂研究成果，首次实现该催化剂上二氧化碳选择性低于1%、烯烃选择性超85%的突破，为高碳资源清洁利用提供新思路。

　　烯烃是合成纤维、橡胶和塑料等化工产品的关键原料，被誉为“化工基石”。长期以来，工业烯烃主要来源于石油裂解。为应对石油资源趋紧与推动“双碳”目标落地，开发以煤炭、天然气或生物质气化合成气为原料的绿色低碳技术成为前沿方向。其中，费托合成因能直接将合成气转化为烯烃和燃料而备受关注。然而，传统铁基催化剂同时具有费托合成、水煤气变换以及一氧化碳歧化多重活性，导致大量二氧化碳生成，严重限制了碳利用效率和烯烃选择性。

　　针对这一难题，研究团队结合表面化学势调控理论、自动化高通量实验，提出了一种痕量卤代烷烃共进料调控策略。通过X-射线光电子能谱、同步辐射X射线吸收近边结构谱、高灵敏度低能离子散射谱等各种先进表征技术，他们发现在反应气中引入百万分之一级的卤代烷烃，即可在分子层面实现对表面氧物种循环的有效调节，从而动态调控催化剂表面的催化性能。这一“分子手术式”策略无需改变催化剂配方，只需在反应体系中引入微量卤素，即可实现二氧化碳近零排放与高烯烃选择性，具有“即插即用”的普适优势。

　　该研究不仅实现了低碳与高效的双重突破，还揭示了卤素在反应中的活化—调控机理，为理解铁基费托合成催化剂的微观反应路径提供了重要理论依据。未来，团队将继续探索卤素调控策略的工业放大与长期稳定性验证，推动其在煤制油、天然气转化及生物质利用等领域的应用，助力我国煤化工产业向高效、低碳、绿色方向转型。