近日，國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院及其合作單位埃因霍溫理工大學(xué)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》發(fā)表突破性研究，揭示了合成氣高效轉(zhuǎn)化為線性α-烯烴（LAOs）的新型催化劑技術(shù)^[1]。北京低碳清潔能源研究院王鵬研究員，蔣復(fù)國(guó)研究員，門(mén)卓武研究員以及荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Emiel J. M. Hensen教授參與此項(xiàng)研究。

合成氣高效轉(zhuǎn)化：

從低效碳利用到精準(zhǔn)催化

石油長(zhǎng)期以來(lái)是燃料與化學(xué)品生產(chǎn)的主要原料，但煤炭、天然氣和生物質(zhì)等替代資源的開(kāi)發(fā)日益受到關(guān)注。這些資源通過(guò)氣化生成合成氣（CO/H₂混合物），隨后利用費(fèi)托合成(FT)技術(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。然而，傳統(tǒng)FT工藝雖在燃料生產(chǎn)中成熟，卻在化學(xué)品合成領(lǐng)域面臨挑。以線性α-烯烴（LAOs）為例，其當(dāng)前主要通過(guò)乙烯低聚制備，而現(xiàn)有高溫FT工藝雖可直接從合成氣制取LAO，但碳原子利用率低下，產(chǎn)物中C₂-C₄烯烴占比過(guò)高，目標(biāo)產(chǎn)物C₅-C₁₀ LAO收率不足，同時(shí)伴隨大量CO₂排放。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用純相χ-碳化鐵（χ-Fe₅C₂）催化劑，成功突破上述瓶頸。該催化劑在290°C下的活性較傳統(tǒng)FT制烯烴催化劑（需320°C以上）提升1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，并能在工業(yè)條件下穩(wěn)定運(yùn)行200小時(shí)，實(shí)現(xiàn)51%的碳基選擇性生成C₂-C₁₀ LAO，同時(shí)將CO₂選擇性降至9%。此外，其優(yōu)異性能在250-320°C寬溫域內(nèi)均保持穩(wěn)定，展現(xiàn)出工業(yè)化應(yīng)用的巨大潛力。

先進(jìn)的球差校正環(huán)境透射電子顯微鏡能在原位條件下，深入探究費(fèi)托催化劑在反應(yīng)過(guò)程中的活性相變化。具體而言，環(huán)境電鏡能夠精確測(cè)量催化劑晶粒尺寸、晶體結(jié)構(gòu)以及元素分布的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，這些參數(shù)均會(huì)隨著反應(yīng)條件（如氣氛組成、溫度等）的調(diào)整而發(fā)生變化。通過(guò)環(huán)境電鏡，在接近真實(shí)反應(yīng)環(huán)境的條件下（包括特定的氣體氛圍和加熱條件），我們能夠直接觀察并記錄催化劑晶體結(jié)構(gòu)與物相的空間演變，為揭示催化劑的反應(yīng)機(jī)理提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

原位觀察催化機(jī)理：

環(huán)境電鏡揭示動(dòng)態(tài)過(guò)程

技術(shù)革新：

Spectra ETEM推動(dòng)催化研究新紀(jì)元