合成氣直接轉化制低碳烯烴獲重大突破

　　低碳烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯，被廣泛用于生產塑料、纖維等，是重要的化工原料，也是現代化學工業的基石，傳統上是通過石腦油裂解獲得。由于我國富煤貧油少氣，因此開發從煤、天然氣、生物質等非石油的碳資源制備低碳烯烴的方法具有重要的戰略意義。

　　合成氣（CO和H2混合氣體）是煤、天然氣等碳資源轉化利用的重要平臺。上世紀二十年代，德國科學家發明了煤經合成氣生產液體燃料的費托過程，是目前唯一有效的合成氣直接轉化制低碳烯烴的路徑。然而，該方法的缺陷是目標產物的選擇性低，比如C2-C4烴（含2個到4個碳原子數的烴類，包括烷烴和烯烴）在烴類中的選擇性不超過58%。2012年，C1化學領域的國際知名教授de Jong團隊通過對費托催化劑的組成和結構進行優化，取得了突破性進展，當轉化率為小于1.5%時，低碳烯烴選擇性達到了61%，轉化率達到88%時，低碳烯烴的選擇性仍高達52%。

OX-ZEO過程

　　2016年，中國科學院大連化學物理研究所研究員包信和和潘秀蓮領導的團隊提出了不同于傳統費托過程的新路線（OX-ZEO過程），創造性地采用一種新型的雙功能納米復合催化劑，可催化合成氣直接轉化一步獲得低碳烯烴，選擇性高達80%，且C2-C4烴類選擇性超過90%，遠高于傳統費托過程低碳烴的選擇性理論極限58%，而且在110 小時的測試中催化劑性能穩定。該催化劑巧妙地使CO分子的活化和中間體C-C偶聯兩個關鍵步驟的催化活性中心有效分離：其中CO和H2分子在部分還原的金屬氧化物缺陷位上吸附活化，生成CH2中間體，活潑的CH2與CO結合成氣相中間體CH2CO，進入分子篩MSAPO酸性孔道的限域環境中進行擇型C-C偶聯反應，從而實現定向生成低碳烯烴。研究表明，通過對分子篩孔道結構和酸性質的調控，可以實現產物分子的可控調變。另一方面，通過CO替代H2來消除烴類形成中多余的氧原子，在反應不改變CO2總排放的情況下，原理上可以摒棄高耗能和高耗水的水煤氣變換制氫反應，降低化學反應本身的能耗和水耗。這為進一步發展我國煤轉化制低碳烯烴戰略新興產業開辟了一條新的技術路線。

　　該研究成果于2016年發表在《科學》上，該雜志同期刊發了de Jong以《令人驚奇的選擇性》為題的評述文章，認為OX-ZEO過程未來在工業上將具有巨大的競爭力。