我国科学家在煤制烯烃催化剂研究方面取得突破

中国科学院大连化学物理研究所5月19日发布消息称，近日，该所研究团队揭示合成气直接转化领域长期存在的“高转化率和高选择性难以兼顾”瓶颈的科学根源，创新催化剂，在国际上首次实现低碳烯烃选择性和一氧化碳单程转化率同时超过80%，低碳烯烃单程收率达48%，远超目前国际最高水平27%。

化学工业中，85%以上的过程都依赖于催化剂来加速反应速率。但在大多数情况下，决定催化反应效率的两个重要参数——反应物的转化率和目标产物的选择性往往相互纠缠，就像“跷跷板”一样，转化率提高了，选择性就降低，此消彼长，无法同时兼顾。如何解开这种“纠缠”，打破“跷跷板”效应是催化研究工作者一直努力的方向。

在研究煤基合成气（一氧化碳和氢气的混合气）直接转化为低碳烯烃过程中，中国科学院大连化学物理研究所焦峰博士、潘秀莲研究员和包信和院士研究团队于2016年创制了一种氧化物和分子筛复合的催化体系(OXZEO)，在国际上首次实现了一氧化碳转化率为17%时，低碳烯烃的选择性高达80%，从而突破了百年来经典费托合成低碳烃选择性难以逾越的58%理论极限。随后，研究所与企业合作，创制了OXZEO®-TO催化剂，并于2020年在工厂完成了年产低碳烯烃1000吨的工业性试验，验证了这一过程在科学原理上的正确性和工艺过程的可行性。

在此基础上，该团队又历经六年多深入研究和大量实验，研究组创造性地研制了金属锗离子同晶取代的微孔分子筛（GeAPO-18）。在优化的反应条件下，该催化剂在保持低碳烯烃选择性大于80%（最高为83%）的条件下，一氧化碳的单程转化率达到85%，实现了低碳烯烃收率达48%的国际最好水平，超过了第一代OXZEO催化剂的一倍以上。

“这种通过活性中心分离，以及分子筛孔道和酸性位结构特性调控优化反应中间体传输与反应动力学，打破催化反应‘跷跷板’效应的概念，对类似双功能催化体系应该具有普适性，必将会从基础上推动分子筛催化研究领域的进一步发展” 潘秀莲研究员说道，“下一步我们要努力发展面向工业过程的新一代OXZEO催化剂，加速工业化应用的进程”。

包信和院士也提出了更高目标，“未来进一步与可再生能源制备的绿氢相结合，发展出我国独创的低耗水、低碳排放的新型煤化工体系，以此助力保障国家的能源、资源安全和“双碳”目标的实现。”