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85%的化工過程都離不開催化劑，但大多數(shù)催化反應(yīng)卻總面臨兩難的權(quán)衡——反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高、目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性就會(huì)降低；選擇性提高，轉(zhuǎn)化率就會(huì)降低，就像“蹺蹺板”一樣。為了解決這一難題，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的科研人員在煤經(jīng)合成氣直接轉(zhuǎn)化這個(gè)方向上持續(xù)努力，相關(guān)成果19日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

這一成果由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所焦峰博士、潘秀蓮研究員和包信和院士的研究團(tuán)隊(duì)共同完成。團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新一代OXZEO催化劑，將原本架在一個(gè)支點(diǎn)兩端的轉(zhuǎn)化率和選擇性“蹺蹺板”，蝶變成觸接在兩個(gè)相互分開活性位上的可以自由翱翔的“翅膀”，為實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更高效的催化提供了一條行之有效的途徑。

包信和介紹，早在2016年，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了一種活性中心分離的氧化物和分子篩復(fù)合的催化體系(OXZEO)，成功地實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)物活化和產(chǎn)物生成兩個(gè)活性中心的有效分離，突破了經(jīng)典費(fèi)托合成低碳烴選擇性無法逾越58%的理論極限。隨后，研究所與企業(yè)合作，創(chuàng)制了OXZEO -TO催化劑，并于2020年在工廠完成了年產(chǎn)低碳烯烴1000噸的工業(yè)性試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一過程在科學(xué)原理上的正確性和工藝過程的可行性。

如今，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過持續(xù)研究，解開了“蹺蹺板”效應(yīng)出現(xiàn)的理論謎題——現(xiàn)有分子篩活性中心不僅催化中間體轉(zhuǎn)化生成低碳烯烴的主反應(yīng)，同時(shí)催化低碳烯烴過度加氫生成低價(jià)值的烷烴或者過度聚合成大分子烯烴的副反應(yīng)，因此這個(gè)共同的活性中心就像“蹺蹺板”的支點(diǎn)一樣，無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率和選擇性的同時(shí)提高。

在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究組創(chuàng)造性地研制了金屬鍺離子同晶取代的微孔分子篩，通過提高分子篩孔道中布朗斯特酸位點(diǎn)的密度，最大限度地提高了分子篩孔道對(duì)活性中間體的拉動(dòng)能力，促進(jìn)了中間體的生成速率，同時(shí)適當(dāng)降低其酸強(qiáng)度，以降低副反應(yīng)的發(fā)生，雙管齊下，提高催化反應(yīng)性能。

結(jié)果顯示，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，該催化劑在保持低碳烯烴選擇性大于80%（最高達(dá)83%）的條件下，一氧化碳的單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%，實(shí)現(xiàn)了低碳烯烴收率達(dá)48%的國(guó)際最好水平，超過了第一代OXZEO催化劑的一倍以上。

“我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)類似雙功能催化體系應(yīng)該具有普適性，必將會(huì)從基礎(chǔ)上推動(dòng)分子篩催化研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。”潘秀蓮說，“下一步我們要努力發(fā)展面向工業(yè)過程的新一代OXZEO催化劑，加速工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。”包信和也提出了更高目標(biāo)：“未來進(jìn)一步與可再生能源制備的綠氫相結(jié)合，發(fā)展出我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的低耗水、低碳排放的新型煤化工體系，以此助力保障國(guó)家的能源、資源安全和‘雙碳’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?！?/p>

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