費(fèi)托合成（Fischer–Tropsch synthesis），又稱(chēng)F-T合成，是以合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣體，主要來(lái)源于煤炭，生物質(zhì)的氣化）為原料，通常在鐵基或鈷基催化劑和適當(dāng)條件下合成碳?xì)浠衔锏墓に囘^(guò)程。該技術(shù)是19世紀(jì)20年代由德國(guó)化學(xué)家 Franz Fischer 和Hans Tropsch開(kāi)發(fā)。由費(fèi)托合成過(guò)程獲得烯烴產(chǎn)品（Fischer-Tropsch synthesis to olefins, FTO）也是煤制烯烴的重要手段，但是當(dāng)前反應(yīng)過(guò)程依然存在反應(yīng)溫度高、效率不足等問(wèn)題。發(fā)展低溫、高效的催化劑對(duì)于煤炭的清潔利用獲得大宗化學(xué)品具有重要意義。

浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院肖豐收教授、王亮研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院鄭安民研究員團(tuán)隊(duì)合作，研究FTO過(guò)程中關(guān)鍵反應(yīng)物種的擴(kuò)散對(duì)該過(guò)程的重要影響，發(fā)現(xiàn)在CO加氫過(guò)程中生成的少量水會(huì)吸附在催化劑表面抑制CO和氫氣分子的吸附與轉(zhuǎn)化，該問(wèn)題在低溫反應(yīng)過(guò)程中更為明顯。如何進(jìn)一步提高催化劑的低溫反應(yīng)活性的同時(shí)又保持優(yōu)異的烯烴選擇性，成為了迫切需要解決的問(wèn)題。

近日，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種控制催化劑表面微觀(guān)環(huán)境中水物種的吸-脫附平衡的策略，通過(guò)將一種疏水助劑聚二乙烯基苯與經(jīng)典鈷基催化劑物理混合，實(shí)現(xiàn)了催化性能的大幅提升。在250 °C下，CO的單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到63.5%，同時(shí)保持71.4%的碳?xì)浠衔餅榈吞枷N產(chǎn)物（C2-C4=）。這項(xiàng)研究于7月22日刊登在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》，論文共同第一作者為方偉博士生、王成濤博士和劉志強(qiáng)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(fèi)托催化劑的研究，浙大團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將目光聚焦到反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑表面的吸-脫附微平衡調(diào)控上。肖豐收說(shuō)：““這個(gè)想法也很簡(jiǎn)單，我們通過(guò)催化劑和助劑物理混合的方式，在催化劑表面構(gòu)筑特定的微觀(guān)環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)物的脫附和抑制其再吸附，推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行?！绷硗?，通過(guò)物理混合的方法，可以對(duì)現(xiàn)有催化劑“無(wú)損”的情況下對(duì)反應(yīng)性能進(jìn)行調(diào)控，優(yōu)于通常采用的化學(xué)修飾方法。

這種聚二乙烯基苯具有超疏水的表面。當(dāng)催化劑中混入這個(gè)材料后，反應(yīng)產(chǎn)物水就會(huì)迅速脫附和擴(kuò)散。雖然整個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)的氣氛組成沒(méi)有變化，但是活性位點(diǎn)所處的微觀(guān)環(huán)境會(huì)變得相對(duì)“干燥”，這為催化劑持續(xù)高效工作提供了有利條件。“我們把原來(lái)被水遮擋的活性位點(diǎn)釋放出來(lái)，催化反應(yīng)就可以持續(xù)推進(jìn)。”王亮說(shuō)。

大道至簡(jiǎn)，這一小小的改變，讓轉(zhuǎn)化效率提升一倍，同時(shí)對(duì)產(chǎn)物的選擇性也進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)低溫條件下的高效率。

對(duì)于未來(lái)的應(yīng)用，肖豐收說(shuō)，這種物理混合的新型催化體系，不需要改造現(xiàn)有工業(yè)反應(yīng)路線(xiàn)，就能夠高效率地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)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(fǎng)團(tuán)隊(duì)提供）