費托合成（Fischer–Tropsch synthesis），又稱F-T合成，是以合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣體，主要來源于煤炭，生物質的氣化）為原料，通常在鐵基或鈷基催化劑和適當條件下合成碳氫化合物的工藝過程。該技術是19世紀20年代由德國化學家 Franz Fischer 和Hans Tropsch開發(fā)。由費托合成過程獲得烯烴產品（Fischer-Tropsch synthesis to olefins, FTO）也是煤制烯烴的重要手段，但是當前反應過程依然存在反應溫度高、效率不足等問題。發(fā)展低溫、高效的催化劑對于煤炭的清潔利用獲得大宗化學品具有重要意義。

浙江大學化學工程與生物工程學院肖豐收教授、王亮研究員團隊與中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院鄭安民研究員團隊合作，研究FTO過程中關鍵反應物種的擴散對該過程的重要影響，發(fā)現在CO加氫過程中生成的少量水會吸附在催化劑表面抑制CO和氫氣分子的吸附與轉化，該問題在低溫反應過程中更為明顯。如何進一步提高催化劑的低溫反應活性的同時又保持優(yōu)異的烯烴選擇性，成為了迫切需要解決的問題。

近日，該團隊報道了一種控制催化劑表面微觀環(huán)境中水物種的吸-脫附平衡的策略，通過將一種疏水助劑聚二乙烯基苯與經典鈷基催化劑物理混合，實現了催化性能的大幅提升。在250 °C下，CO的單程轉化率達到63.5%，同時保持71.4%的碳氫化合物為低碳烯烴產物（C2-C4=）。這項研究于7月22日刊登在國際頂級期刊《科學》，論文共同第一作者為方偉博士生、王成濤博士和劉志強博士，論文共同通訊作者為肖豐收教授、王亮研究員和鄭安民研究員。

不同于傳統(tǒng)費托催化劑的研究，浙大團隊獨辟蹊徑，將目光聚焦到反應產物在催化劑表面的吸-脫附微平衡調控上。肖豐收說：““這個想法也很簡單，我們通過催化劑和助劑物理混合的方式，在催化劑表面構筑特定的微觀環(huán)境，同時促進產物的脫附和抑制其再吸附，推動反應進行?！绷硗猓ㄟ^物理混合的方法，可以對現有催化劑“無損”的情況下對反應性能進行調控，優(yōu)于通常采用的化學修飾方法。

這種聚二乙烯基苯具有超疏水的表面。當催化劑中混入這個材料后，反應產物水就會迅速脫附和擴散。雖然整個反應體系內的氣氛組成沒有變化，但是活性位點所處的微觀環(huán)境會變得相對“干燥”，這為催化劑持續(xù)高效工作提供了有利條件?！拔覀儼言瓉肀凰趽醯幕钚晕稽c釋放出來，催化反應就可以持續(xù)推進?！蓖趿琳f。

大道至簡，這一小小的改變，讓轉化效率提升一倍，同時對產物的選擇性也進行了優(yōu)化，實現低溫條件下的高效率。

對于未來的應用，肖豐收說，這種物理混合的新型催化體系，不需要改造現有工業(yè)反應路線，就能夠高效率地應用于生產實踐，讓煤炭發(fā)揮更大的作用。 

（文 柯溢能/攝影 盧紹慶 科研圖片由受訪團隊提供）