近日，國家能源集團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在國際頂級期刊《Nature》發表突破性研究，揭示了合成氣高效轉化為線性α-烯烴（LAOs）的新型催化劑技術^[1]。北京低碳清潔能源研究院王鵬研究員，蔣復國研究員，門卓武研究員以及荷蘭埃因霍芬理工大學的Emiel J. M. Hensen教授參與此項研究。

合成氣高效轉化：

從低效碳利用到精準催化

石油長期以來是燃料與化學品生產的主要原料，但煤炭、天然氣和生物質等替代資源的開發日益受到關注。這些資源通過氣化生成合成氣（CO/H₂混合物），隨后利用費托合成(FT)技術進一步轉化。然而，傳統FT工藝雖在燃料生產中成熟，卻在化學品合成領域面臨挑。以線性α-烯烴（LAOs）為例，其當前主要通過乙烯低聚制備，而現有高溫FT工藝雖可直接從合成氣制取LAO，但碳原子利用率低下，產物中C₂-C₄烯烴占比過高，目標產物C₅-C₁₀ LAO收率不足，同時伴隨大量CO₂排放。

研究團隊創新性地采用純相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FT制烯烴催化劑（需320°C以上）提升1-2個數量級，并能在工業條件下穩定運行200小時，實現51%的碳基選擇性生成C₂-C₁₀ LAO，同時將CO₂選擇性降至9%。此外，其優異性能在250-320°C寬溫域內均保持穩定，展現出工業化應用的巨大潛力。

先進的球差校正環境透射電子顯微鏡能在原位條件下，深入探究費托催化劑在反應過程中的活性相變化。具體而言，環境電鏡能夠精確測量催化劑晶粒尺寸、晶體結構以及元素分布的實時動態，這些參數均會隨著反應條件（如氣氛組成、溫度等）的調整而發生變化。通過環境電鏡，在接近真實反應環境的條件下（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構與物相的空間演變，為揭示催化劑的反應機理提供了強有力的證據。

原位觀察催化機理：

環境電鏡揭示動態過程

技術革新：

Spectra ETEM推動催化研究新紀元