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記者11月3日從中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所獲悉,日前該研究所研究員溫曉東團隊聯(lián)合北京大學(xué)教授馬丁團隊在《科學(xué)》發(fā)表鐵基費托合成催化劑研究成果,首次實現(xiàn)該催化劑上二氧化碳選擇性低于1%、烯烴選擇性超85%的突破,為高碳資源清潔利用提供新思路。
烯烴是合成纖維、橡膠和塑料等化工產(chǎn)品的關(guān)鍵原料,被譽為“化工基石”。長期以來,工業(yè)烯烴主要來源于石油裂解。為應(yīng)對石油資源趨緊與推動“雙碳”目標(biāo)落地,開發(fā)以煤炭、天然氣或生物質(zhì)氣化合成氣為原料的綠色低碳技術(shù)成為前沿方向。其中,費托合成因能直接將合成氣轉(zhuǎn)化為烯烴和燃料而備受關(guān)注。然而,傳統(tǒng)鐵基催化劑同時具有費托合成、水煤氣變換以及一氧化碳歧化多重活性,導(dǎo)致大量二氧化碳生成,嚴(yán)重限制了碳利用效率和烯烴選擇性。 針對這一難題,研究團隊結(jié)合表面化學(xué)勢調(diào)控理論、自動化高通量實驗,提出了一種痕量鹵代烷烴共進料調(diào)控策略。通過X-射線光電子能譜、同步輻射X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜、高靈敏度低能離子散射譜等各種先進表征技術(shù),他們發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)氣中引入百萬分之一級的鹵代烷烴,即可在分子層面實現(xiàn)對表面氧物種循環(huán)的有效調(diào)節(jié),從而動態(tài)調(diào)控催化劑表面的催化性能。這一“分子手術(shù)式”策略無需改變催化劑配方,只需在反應(yīng)體系中引入微量鹵素,即可實現(xiàn)二氧化碳近零排放與高烯烴選擇性,具有“即插即用”的普適優(yōu)勢。 該研究不僅實現(xiàn)了低碳與高效的雙重突破,還揭示了鹵素在反應(yīng)中的活化—調(diào)控機理,為理解鐵基費托合成催化劑的微觀反應(yīng)路徑提供了重要理論依據(jù)。未來,團隊將繼續(xù)探索鹵素調(diào)控策略的工業(yè)放大與長期穩(wěn)定性驗證,推動其在煤制油、天然氣轉(zhuǎn)化及生物質(zhì)利用等領(lǐng)域的應(yīng)用,助力我國煤化工產(chǎn)業(yè)向高效、低碳、綠色方向轉(zhuǎn)型。(韓榮) |