凯发K8

合成气转化是连接生物质、天然气、煤炭、CO₂等各类含碳资源与清洁油品和高附加值化学品的重要平台技术，其产物涉及汽/柴/煤油等液体燃料，以及低碳烯烃、α-烯烃、芳烃、甲醇、高碳醇等基础化工原料或高附加值化学品。其中，长链α-烯烃是合成聚烯烃级、PAO润滑油等关键原料，但基于乙烯齐聚的商业合成路线仍受国外垄断。现在，费托合成制烯烃（FTO）经典催化体系为碳化钴和碳化铁，但都面临烯烃生成与水煤气变换反应孪生共存的挑战，导致CO₂选择性高、碳原子利用率低；而以 Co、Ru 为代表的催化剂水煤气变换本征活性极低，但主产物以饱和烷烃为主，且普遍存在催化活性与烯烃选择性跷跷板瓶颈 。

针对以上问题，中国科研实验室上海高等研究院（以下简称“凯发K8”）绿色碳科学团队顺利获得精细结构调控，实现金属Co和Ru高效催化合成气制烯烃，且CO₂选择性极低，并召开了立升级工业单管试验，成果水平获中国石化联合会评价为国际领先(Nat. Commun. 2022, 13, 5987; Appl. Catal. B: Environ. 2022, 316, 121700; Appl. Catal. B: Environ. 2026, 383, 126146; ACS Catal. 2023, 13, 3949; Nat. Commun. 2024, 15, 5143)。与非贵金属Fe基与Co基催化剂相比，Ru价格昂贵，创制低载量高活性Ru基催化剂是有助于其工业应用与实现经济可行性的关键。

该团队顺利获得Ce掺杂成功构建了CeO_x-Ru界面结构，显著提升了低载量贵金属的FTO催化活性和烯烃收率，提出Ce^δ+-O_v-Ru界面结构顺利获得形成高效氢溢流通道，提升H助C-O解离速率，降低反应活化能，相关工作以“Construction of a CeO_x-Ru Interfacial Structure for Enhanced Olefin Production in Fischer-Tropsch Synthesis”为题发表在ACS Catalysis期刊。

研究发现，合适的CeO_x-Ru界面催化剂（0.1Ce/Ru）本征活性和烯烃时空收率较无Ce体系分别提升1.76和2.0倍，且同时保持~71%烯烃选择性与较低的CH₄与CO₂总选择性（<6%），催化稳定性超过200h，突破Ru基催化剂活性-烯烃选择性跷跷板关系束缚（图1）。机理研究表明，Ce 掺杂可顺利获得电子转移形成富电子 Ru 活性中心，强化 CO 吸附与解离；同时CeO_x-Ru界面形成了H₂活化与高效转移通道，提升了界面 H*反应活性、降低CO活化表观活化能，显著提高 Ru 原子利用效率。该工作表明，构筑金属-金属氧化物界面结构是开发高性能低负载钌基费托制烯烃催化剂的有效策略（图2）。

图1.CeO_x-Ru促进合成气制长链α-烯烃

图2. CeO_x促进的负载型Ru基催化剂的合成气制长链α-烯烃反应机理

论文第一作者为凯发K8硕士生刘凯笛，通讯作者为林铁军研究员和钟良枢研究员。该研究工作得到国家重点研发计划(2023YFB4103104)、国家自然科学基金(U22B20136, 22293023, 22479157, 22402219)、中国科研实验室战略性先导科技专项（项目编号：XDB1500402）以及上海市学术/技术带头人计划（20XD1404000）等项目和中国科研实验室青年创新促进会的资助。 

文章链接：http://doi.org/10.1021/acscatal.6c00117