近日，中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东研究员团队与北京大学马丁教授团队合作，在破解费托合成高碳排放难题方面取得突破性成果。研究发现，在将合成气（主要由一氧化碳和氢气组成）转化为油品或烯烃的费托合成反应中，只需在反应气体中引入极微量的卤素化合物，就能显著改变铁基催化剂的反应行为——几乎不产生二氧化碳，同时将合成烯烃和液体燃料的效率提升至新高度。相关成果发表于国际顶级期刊《科学》。
这项技术为我国在“双碳”目标下推动煤、天然气、生物质等碳资源的绿色转化提供了新路径。费托合成已有百年历史，可通过催化剂将合成气转化为液体燃料或烯烃等高值化学品。其中，高碳排放是该反应中的难题。费托合成中，铁基催化剂容易触发副反应路径——反应物一氧化碳与水反应生成二氧化碳。这一副反应严重消耗碳资源，造成产物选择性下降，意味着更多的碳排放和能耗浪费。
面对这一难题，中国科学家提出在反应气体中加入百万分之一浓度的卤素化合物（如溴甲烷、碘甲烷等）。微小的添加量可以带来巨大的反应差异：这些卤素分子在反应中以“动态调控者”身份存在，在铁基催化剂表面不断吸附、解离、再结合，像“电子开关”一样调节催化剂的表面状态，阻断催化剂表面的水分子活化，从而阻断一氧化碳和水生成二氧化碳。同时，抑制催化剂表面烃类的过度氢化，使更多碳原子以烯烃形式生成。
实验数据显示，传统铁基费托反应中，二氧化碳占比常高达30%左右，而在“痕量卤素调控”下，这一数值可降至1%以下。同时，生成的高附加值烯烃比例提升至85%以上，远超行业平均水平。目前，研究团队正与相关企业合作开展中试放大、长期稳定性评估，力争将这一绿色低碳策略快速推向工业化。随着技术逐步推广，有望显著提升我国合成气利用、煤化工等产业的绿色转型水平，为全球能源结构优化贡献中国方案。
只加“一滴卤素”，就能让百年费托合成焕发低碳新生，这是中国科学家送给世界能源转型的一份原创答案，也展现了中国的科技担当。
