【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】2025年10月30日，《科學(xué)》(Science)雜志刊發(fā)了一項具有突破性的研究成果：由北京大學(xué)與中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所主導(dǎo)的科研團(tuán)隊，開發(fā)出一項操作簡便但效果顯著的催化調(diào)控策略，可在費(fèi)托合成(Fischer–Tropsch synthesis，F(xiàn)TS)過程中幾乎完全消除二氧化碳(CO2)副產(chǎn)物，同時大幅提升油品或者烯烴的選擇性，為綠色合成氣轉(zhuǎn)化和低碳化工制造提供了新策略。
 

　　費(fèi)托合成可將合成氣(一氧化碳與氫氣)轉(zhuǎn)化為液體燃料或烯烴等高值化學(xué)品，在煤炭、天然氣和生物質(zhì)等碳資源制備油品和高值化學(xué)品過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。鐵基催化劑因其低成本、高油品時空產(chǎn)率等優(yōu)勢，目前占據(jù)全球三分之二以上的費(fèi)托合成產(chǎn)能。在中國，所有費(fèi)托合成工業(yè)過程都采用鐵基催化劑。
 

　　但鐵基費(fèi)托合成過程的“天生短板”也十分突出：在反應(yīng)過程中極易發(fā)生水氣變換(WGS)和Boudouard反應(yīng)生成選擇性達(dá)18—35%的CO2，這一方面產(chǎn)生大量二氧化碳排放，更浪費(fèi)了寶貴的碳資源。在工業(yè)過程中，即使采取循環(huán)氣工程手段，CO2選擇性仍普遍超過16%。
 

　　通過在合成氣中引入百萬分之一(ppm)濃度的溴甲烷(CH3Br)，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了對鐵基催化劑表面反應(yīng)路徑的精準(zhǔn)控制。實驗結(jié)果顯示，ppm級別的溴甲烷就可以將生成CO2的反應(yīng)路徑關(guān)閉，CO2的生成選擇性從傳統(tǒng)的30%左右降低至不足1%，幾乎實現(xiàn)“零排放”；同時，目標(biāo)產(chǎn)物——烯烴的選擇性顯著提高至85%左右，烯烴/烷烴比值更是達(dá)到約13。這一策略不僅解決了長期困擾鐵基FTS的高CO2副產(chǎn)率問題，也打破了高烯烴時空產(chǎn)率與低碳排放之間難以兼得的技術(shù)壁壘。
 

鹵素共進(jìn)料對費(fèi)托合成反應(yīng)性能的影響
 

　　中國科學(xué)院山西煤化所研究員溫曉東表示：“我們這項工作展現(xiàn)了通過痕量‘毒物’調(diào)控，實現(xiàn)對復(fù)雜催化網(wǎng)絡(luò)中反應(yīng)路徑的選擇性屏蔽。這種策略并非重構(gòu)新型材料，而是在現(xiàn)有催化劑表面引入輕巧但高效的動態(tài)調(diào)節(jié)因素。正是這種‘輕插拔式’的調(diào)控方式，使我們能夠高效‘關(guān)掉’副反應(yīng)通道，極大提升了反應(yīng)的碳原子利用效率。”
 

　　“費(fèi)托合成一直是中國煤化工和合成氣化工的重要支柱，但CO2副產(chǎn)問題是制約其綠色升級的最大挑戰(zhàn)之一。”北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授馬丁解釋說，“我們的工作提供了一個簡單有效的技術(shù)解決方案，實現(xiàn)綠色低碳的烯烴或者是油品生產(chǎn)。如果結(jié)合綠氫的使用和低CO2排放的煤氣化過程，這項技術(shù)可以為關(guān)系我國能源安全煤化工過程的脫碳提供新的機(jī)遇。”
 

　　該成果以《痕量鹵素阻斷費(fèi)-托合成制烯烴中CO2的排放》(“Trace-level halogen blocks CO? emission in Fischer–Tropsch synthesis for olefins production”)為題發(fā)表在《科學(xué)》上，迅速獲得了國際學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注與積極評價，《科學(xué)》同期發(fā)表題為《清潔燃料的兩條不同道路》(“Two diverging paths for clean fuel”)的展望(Perspective)文章，并在其新聞欄目(News)以《化學(xué)添加劑在生產(chǎn)合成燃料時減少碳排放：費(fèi)托合成工藝的進(jìn)步可使煤制油更清潔》(“Chemical additive slashes carbon emissions when creating synthetic fuels: Advance in Fischer-Tropsch process could make coal-to-liquid plants cleaner”)為題對該研究進(jìn)行了專題報道。
 

　　美國化學(xué)會《化學(xué)化工新聞》(Chemical & Engineering News)也對該工作進(jìn)行了報道，英國皇家化學(xué)會《化學(xué)世界》(Chemistry World)報道說：“二氧化碳的生成近乎完全被抑制，加之對烯烴產(chǎn)物高達(dá)85%的選擇性，堪稱一項極為振奮人心的突破。這在概念上創(chuàng)新并激動人心。”
 

　　論文的通訊作者包括馬丁、溫曉東、中國科學(xué)院山西煤化所劉興武博士。寧夏大學(xué)教授劉晰，中國科學(xué)院山西煤化所博士生蔡毅，北京大學(xué)已畢業(yè)博士生王茂林、博士生謝俊忠，北京工業(yè)大學(xué)趙姝為共同第一作者。本研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家杰出青年科學(xué)基金、新基石研究員項目、北京分子科學(xué)國家研究中心等項目的資助。