【化工装备十年大发展】2794-2025中国科学家攻克费托合成高碳排放难题，百年费托合成将焕发低碳新生

海川老鱼 · 发表于 2025-11-2 16:28:00

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中国科学家攻克费托合成高碳排放难题，百年费托合成将焕发低碳新生

中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东教授、刘兴武等与北京大学马丁教授团队合作，在破解费托合成高碳排放难题方面取得突破性成果，相关成果于10月30日晚在《科学》杂志上在线发表。

费托合成是化学工业中一项重要的催化反应技术，主要用于将合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）转化为液体燃料或烯烃等高值化学品。费托合成在煤炭、天然气和生物质等碳资源制备油品和高值化学品过程中发挥着关键作用。

费托合成主要采用铁基催化剂，这种具有低成本、高油品时空产率等优势的催化剂，占据了全球三分之二以上的费托合成产能。

费托合成铁基催化剂最大的短板是：在反应过程中产生大量二氧化碳，产率高达30%，不仅造成碳资源浪费，而且因高碳排导致温室效应，在双碳背景之下受到越来越多的诟病。

长期以来，研究者试图通过疏水包覆、碳层保护或改变催化相来抑制CO2生成，但都存在转化率低或产物选择性不足等瓶颈。如何在工业条件下同时实现高活性、高烯烃选择性和近零CO2排放，一直是全球催化界未解的“费托世纪难题”。

我国科学家中科院山西煤化所温晓东研究团队与北京大学马丁教授团队通过长期研究发现：在费托合成反应中，只需在反应气体中引入极微量百万分之一浓度（PPM）的卤素化合物（如溴甲烷、碘甲烷等），就能显著改变铁基催化剂的反应行为。

研究表明，当共进料20 ppm CH3Br时，CO2选择性降低至<1%，C2+烯烃选择性高达85%，烯烃产率达到1.08g gcat-1h-1，创下了费托反应史上前所未有的纪录。此外，经过450小时的稳定性测试，该催化剂的CO2选择性始终低于1.5%，C2+烯烃选择性保持在80%以上。

马丁形象地说：“就像在烹饪中加入一滴分子级调味料，微小的添加量就可以带来巨大的反应差异”。研究发现，这些卤素分子在反应中以“动态调控者”身份存在，在铁基催化剂表面不断吸附、解离、再结合，像“电子开关”一样调节催化剂的表面状态，阻断催化剂表面的水分子活化，从而阻断一氧化碳和水生成二氧化碳。同时，抑制催化剂表面烃类的过度氢化，使更多碳原子以烯烃形式生成。

温晓东介绍，实验数据显示，传统铁基费托反应中，二氧化碳占比常高达30%左右，而在“痕量卤素调控”下，这一数值可降至1%以下。同时，生成的高附加值烯烃比例提升至85% 以上，远超行业平均水平。

痕量卤素调控下的费托合成几乎不产生二氧化碳，不仅如此，还将合成烯烃和液体燃料的效率提升至新的高度。这项颠覆性技术破解了费托合成高碳排放难题，为我国在“双碳”目标下推动煤、天然气、生物质等碳资源的绿色转化提供了全新的路径。

目前，研究团队正与相关企业合作开展中试放大、长期稳定性评估，力争将这一绿色低碳策略快速推向工业化。北京大学教授马丁说：“未来，随着技术逐步推广，有望显著提升我国合成气利用、煤化工等产业的绿色转型水平，为全球能源结构优化贡献中国方案。

中原人 · 发表于 2025-11-2 17:57:25