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洪恒飞 柯溢能 科技日报记者 江耘
7月24日，记者从浙江大学获悉，该校化学工程与生物工程学院肖丰收教授、王亮研究员团队与中国科学院郑安民研究员团队合作，开发了一种控制催化剂表面微环境中水吸附-脱附平衡的策略，实现制备烯烃产品过程中催化剂效率翻倍——在250摄氏度下，一氧化碳的单程转化率达到63.5%，同时保持71.4%的碳氢化合物为低碳烯烃产物。研究论文近日发表在国际期刊《科学》。
烯烃是能源化工领域内一类重要的基础化工原料，可用来制备合成橡胶，塑料，纤维，润滑油及若干重要化工产品等。费托合成是以一氧化碳和氢气的混合气体为原料，通常在铁基或钴基催化剂和适当条件下合成碳氢化合物的工艺过程，是煤制烯烃的重要手段，但反应过程存在反应温度高、效率不足等问题。如何提高催化剂低温反应活性的同时，又保持优异的烯烃选择性，是行业迫切需要解决的问题。
团队将普通纸面（左）和涂抹疏水材料的纸面（右）进行防水性能对比。科研团队供图
联合团队研究费托合成过程时发现，在一氧化碳加氢过程中生成一定量的水会吸附在催化剂表面，影响后续反应底物的吸附与转化，该现象在较低反应温度下更为明显。团队通过催化剂和超疏水材料物理混合的方式，在催化剂表面构筑特定的微观环境，同时促进产物的脱附和抑制其再吸附，推动反应正向进行。
“我们把原来被水遮挡的活性位点释放出来，催化反应就可以持续高效进行。”王亮介绍说，聚二乙烯基苯具有超疏水的表面，当混入催化体系后，反应中生成的水就会迅速脱附和扩散。虽然整个反应体系内的气氛组成没有变化，但是活性位点所处的微观环境会变得相对干燥，为催化剂持续高效工作提供了有利条件。
“发展低温、高效的催化剂对于煤炭的清洁利用获得大宗化学品具有重要意义。”肖丰收说，这种物理混合的新型催化体系，不需要改造现有工业反应路线，就能够高效率地应用于生产实践。
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