我国实现温和条件下高效制低碳烯烃

近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）孙剑研究员和葛庆杰研究员团队在合成气制低碳烯烃方面取得重要进展。团队提出了一种基于费托合成体系的催化新策略，实现了合成气在温和条件下（250–260 ℃，0.1 MPa）向低碳烯烃的高效转化。相关成果于北京时间4月1日发表在《自然》（Nature）上。

费托合成是以合成气（一氧化碳和氢气）为原料，制备燃料和化学品的重要工业过程，在煤炭资源丰富而石油资源相对不足的国家具有重要的应用价值。我国能源结构具有“富煤、贫油、少气”的特点，发展以合成气为中间体的转化技术，对保障能源安全和推动化工原料多元化具有重要意义。传统费托合成制烯烃过程通常需要在300 °C以上、压力大于2 MPa的条件下运行，能耗和成本相对较高，同时，在温和条件下，反应体系普遍存在转化率与低碳烯烃选择性之间的权衡关系，即随着转化率的提高，低碳烯烃选择性往往显著下降，使得在高转化率（>60%）条件下实现低碳烯烃的高选择性仍面临挑战。

为解决上述问题，本研究从反应本征机理出发，发现引入特定亲水羟基助剂能够对一氧化碳活化产生积极影响，为理解和调控合成气转化反应提供了新的视角。研究发现，在钠-钴-锰催化体系中引入特定羟基助剂，可以构建富含表面羟基的反应界面，诱导形成具有低对称性三斜相结构的钴锰复合氧化物新催化位点，提升一氧化碳的活化效率。在250–260 ℃、0.1 MPa的温和条件下，该催化体系在较宽氢碳比范围内一氧化碳转化率可达80%，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性超过80%。结构表征与机理研究表明，羟基助剂能够抑制催化剂的过度还原和碳化，稳定活性氧化物相，从源头上优化一氧化碳活化与碳-碳偶联之间的协同关系，为理解一氧化碳/二氧化碳催化转化过程中多相活性结构的动态演化提供了新的实验依据。

未来，团队将围绕羟基助剂调控一氧化碳/二氧化碳催化转化体系的构筑方式、活性位结构演化及反应过程优化等关键问题，持续推进相关基础研究与应用探索，为我国煤炭清洁高效利用和低碳化工过程发展提供有利技术支撑。