記者從北京大學獲悉：近日，中國科學院山西煤炭化學研究所溫曉東研究員團隊與北京大學馬丁教授團隊合作，在破解費托合成高碳排放難題方面取得突破性成果。
研究發現，在將合成氣（主要由一氧化碳和氫氣組成）轉化為油品或烯烴的費托合成反應中，只需在反應氣體中引入極微量的鹵素化合物，就能顯著改變鐵基催化劑的反應行為——幾乎不產生二氧化碳，同時將合成烯烴和液體燃料的效率提升至新高度。相關成果10月30日發表于國際頂級期刊《科學》（Science）。
研究者表示，這項技術破解了費托合成高碳排放難題，為我國在“雙碳”目標下推動煤、天然氣、生物質等碳資源的綠色轉化提供了新路徑。
據介紹，費托合成已有百年歷史，可通過催化劑將合成氣轉化為液體燃料或烯烴等高值化學品。其中，高碳排放是該反應中的難題。費托合成中，鐵基催化劑容易觸發副反應路徑——反應物一氧化碳與水反應生成二氧化碳。這一副反應嚴重消耗碳資源，造成產物選擇性下降，意味著更多的碳排放和能耗浪費。
面對這一難題，中國科學家提出在反應氣體中，加入百萬分之一濃度的鹵素化合物（如溴甲烷、碘甲烷等）。“就像在烹飪中加入一滴‘分子級調味料’。”馬丁說，微小的添加量，可以帶來巨大的反應差異：研究發現，這些鹵素分子在反應中以“動態調控者”身份存在，在鐵基催化劑表面不斷吸附、解離、再結合，像“電子開關”一樣調節催化劑的表面狀態，阻斷催化劑表面的水分子活化，從而阻斷一氧化碳和水生成二氧化碳。同時，抑制催化劑表面烴類的過度氫化，使更多碳原子以烯烴形式生成。
溫曉東介紹，實驗數據顯示，傳統鐵基費托反應中，二氧化碳占比常高達30%左右，而在“痕量鹵素調控”下，這一數值可降至1%以下。同時，生成的高附加值烯烴比例提升至85% 以上，遠超行業平均水平。
據介紹，目前，研究團隊正與相關企業合作開展中試放大、長期穩定性評估，力爭將這一綠色低碳策略快速推向工業化。“未來，隨著技術逐步推廣，有望顯著提升我國合成氣利用、煤化工等產業的綠色轉型水平，為全球能源結構優化貢獻中國方案。”馬丁說。
只加“一滴鹵素”
就能讓百年費托合成煥發低碳新生
這是中國科學家
送給世界能源轉型的
一份原創答案
也展現了中國的科技擔當
