魚與熊掌也可兼得!5月19日，《科學》發表了一項關于煤經合成氣直接轉化制烯烴的最新成果。在大量實驗基礎上，中科院大連化物所焦峰博士、潘秀蓮研究員和包信和院士的研究團隊創制了一種新型的雙功能催化劑。該催化劑在保持低碳烯烴選擇性大于80%的條件下，一氧化碳的單程轉化率達到85%，低碳烯烴收率達48%。這項研究成果破解了高活性和高選擇性無法兼得的難題。

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化學工業中，85%以上的過程都依賴于催化劑來加速反應速率。但在大多數情況下，決定催化反應效率的兩個重要參數——反應物的轉化率和目標產物的選擇性往往相互糾纏，就像“蹺蹺板”一樣，轉化率提高了，選擇性就降低，此消彼長，無法同時兼顧。

“如何解開這種‘魚與熊掌不可兼得’的難題，破解‘蹺蹺板’效應，實現更精準、更高效地催化，是催化基礎科學和應用研究的重要挑戰，也是催化研究工作者一直努力的方向。”潘秀蓮說。

此前，研究團隊成功將反應物活化和產物生成兩個活性中心分離，在國際上首次實現了一氧化碳轉化率為17%時，低碳烯烴的選擇性高達80%，從而突破了百年來經典費托合成低碳烴選擇性難以逾越的58%理論極限。

這一結果2016年在《科學》發表后，引起了同行的高度關注和稱贊，隨即研究所與企業合作，創制了OXZEO?-TO催化劑，并于2020年在工廠完成了年產低碳烯烴1000噸的工業性試驗，驗證了這一過程在科學原理上的正確性和工藝過程的可行性。

為進一步認識和理解該創新反應的機理，提高該過程的催化反應效率，研究人員與中國科學技術大學研究團隊緊密配合，又進行了系統深入的基礎研究和理論分析。

他們發現，加速中間體的傳輸和轉化，同時降低分子篩孔道中副反應的發生，是破解這種“蹺蹺板”效應的有效途徑，在大量實驗的基礎上，成功創制了新催化劑——金屬鍺離子同晶取代分子篩與金屬氧化物耦合的雙功能催化劑，解決了過去高活性與高選擇性無法同時實現的技術挑戰。

這項研究解開了催化反應中轉化率和選擇性不可兼得的難題，“對類似雙功能催化體系應該具有普適性，必將會從基礎上推動分子篩催化研究領域的進一步發展。”潘秀蓮說，“下一步我們要努力發展面向工業過程的新一代OXZEO催化劑，加速工業化應用的進程”。

包信和也提出了更高目標，他說：“未來，我們將這項成果與可再生能源制備的綠氫相結合，發展出我國獨創的低耗水、低碳排放的新型煤化工體系，以此助力保障國家的能源、資源安全和‘雙碳’目標的實現。”

(中科院大連化物所供圖)

(責任編輯：韓夢晨)