图 痕量卤素抑制CO2生成、促进烯烃选择性的作用机制及费托合成反应性能
在国家自然科学基金项目（批准号：22225206、22025804、22172183、22572210，22232001、22272106）等资助下，中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东研究员团队和北京大学马丁教授团队在铁基费托合成中实现高烯烃选择性与近零CO2排放方面取得进展。相关成果以“痕量卤素抑制费托合成制烯烃过程二氧化碳排放（Trace-level halogen dynamically suppresses CO2 formation in Fischer–Tropsch synthesis for high-value olefins production）”为题，于2025年10月31日在线发表于《科学》（Science）杂志，论文链接：https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aea1655。
费托合成是煤基合成气反应的重要催化过程，但高CO2副产问题是制约其绿色低碳转型的最大挑战之一。针对这一关键难题，上述团队依据表面氧循环的化学势调控理论、结合自动化高通量实验平台，创新性地提出了痕量卤代烷烃共进料调控策略，实现了对铁基催化剂表面反应路径的“分子级精准控制”。研究发现，溴原子能够选择性吸附于催化剂表面易诱发副反应的活性位点，阻断水分子的解离及氧物种的积累，抑制水气变换与歧化反应的发生。仅需在合成气中引入百万分之一（ppm）浓度的溴甲烷（CH3Br），维持表面微弱的溴化学势，即可显著改变催化活性中心的化学环境和氧循环路径，使生成CO2的副反应通道几乎完全关闭。实验结果表明，CO2选择性从约30%降至不足1%，实现了“零排放”级别的碳效率突破；同时，目标产物C2+烯烃选择性提升至约85%，烯烃与烷烃比值高达13。该策略在多种铁基催化剂体系及商业化催化剂上均表现出优异的可重复性与长期稳定性。在超过450小时的连续反应中，催化剂保持低CO2与高烯烃产率，未出现明显失活或性能衰减，表现出工业应用潜力。