近日，太阳集团2007刘小浩教授团队在CO2催化加氢制备长链线性α-烯烃（LAOs）的研究中取得重要研究进展，相关成果以“Boosting Selectivity toward Long-Chain α-Olefins in CO2Hydrogenation through Strengthening ZnO-Fe Interactions with Favorable Iron Phase Regulation for Fischer-Tropsch Synthesis”为题发表于国际知名期刊JACS Au。太阳集团2007化工学院博士研究生范召博、李玉峰和硕士生李章师为文章共同第一作者，太阳集团2007化工学院刘小浩教授为文章的通讯作者。
全球工业化进程推动化石能源消耗激增，CO2排放量持续攀升引发严峻温室效应等环境问题。将CO2转化为高附加值燃料和化学品，既能降低化石能源依赖，也是实现碳减排的重要路径。长链线性α-烯烃作为化工高端高值产品的核心原料，广泛应用于聚烯烃改性、表面活性剂合成等应用场景，但其传统石油基生产路线存在转化率低、能耗高，难获取等缺点。
在铁基费托合成制α-烯烃领域，对CO研究较为深入和广泛。在CO-FTS反应中，催化剂积碳是影响催化剂活性、选择性及其稳定性的关键原因。刘小浩教授团队针对铁基费托催化剂积碳问题的解决具有深厚的研究积累，如该团队创新在反应过程中由二维结构石墨烯原位诱导演变形成“纳米胶囊结构催化剂”来提高催化剂稳定性，获得极高的催化活性（4.8 gC2+gFe-1h-1）和优异的烯烃选择性（76%）（Catal. Sci. Technol., 2017,7, 4609-4621）；提出简易“机械混合策略”，构建“Oxide-FTCat Interface概念框架”衔接界面电子修饰和碳化控制，提高铁基费托催化剂活性与选择性的稳定性（J Fuel Chem Technol, 2025, 53(8): 1212-1222）。该工作被国际工程领域著名科技机构Advances in Engineering（简称AIE）遴选为通用工程领域关键科学文章。此外，该团队也设计了一种适用于CO-FTS反应的Na和S双助剂改性的非负载型铁基催化剂，有效调控反应过程中CO解离与加氢平衡，抑制催化剂积炭，提高催化剂的稳定性，实现了约95%的CO转化率与65%以上的长链α-烯烃（C4+）选择性（J. Catal., 2024, 436, 115587）。
对于CO2-FTS反应体系，由于低的CO分压以及反应过程中生成大量产物H2O创造的氧化性环境，使得积碳不再是反应过程中面临的主要问题。然而，由于在CO2-FTS反应中CO*和CHx*中间体的表面浓度较低，导致链增长能力较弱。因此，提高长链α-烯烃选择性及高时空产率更具挑战性。
图1.ZnO-Fe相互作用对CO2费托合成反应中铁物相、粒径、元素分布，以及烯烃选择性的影响
本论文的研究亮点为：(1)创新催化剂制备策略，强化双金属相互作用：首次证实相同元素组成，仅通过改变沉淀剂（尿素替代氨水）即可显著增强ZnO-Fe相互作用，为强化电子转移和不同功能活性位点均匀分布协同催化提供结构基础。(2)调控铁物相组成，提升碳碳偶联能力：通过强化ZnO-Fe相互作用，提升逆水煤气变换活性相Fe3O4含量；促进形成具有独特波浪状结构θ-Fe3C相，增强碳碳偶联能力。(3)阐明碳链增长微观机制：通过反应条件下原位表征与DFT计算，明确了*CH2插入耦合H转移是碳链增长的主要路径，*C2H4插入具有大幅增加的能垒；θ-Fe3C丰富不饱和配位位点和台阶式结构助力稳定长链烯烃中间体，显著降低*C5+物种与*CH2耦联反应能垒。(4)实现创纪录的长链α-烯烃时空产率及优异的催化稳定性：该催化剂具有反应条件对α-烯烃选择性非敏感性，通过优化反应条件，在20000 mL⸱gcat-1⸱h-1空速的条件下，实现了0.544gC4+ LAOs·gcat-1·h-1的创纪录时空产率（STY），获得了38.5%CO2转化率，C4+长链α-烯烃选择性高达61.1%，甲烷选择性从13.7%降至9.5%，催化剂在400h连续反应中表现出优异的稳定性。
图2.Fe3Zn1-U-12Cu催化剂400 h稳定性测试结果及产物的选择性和平均碳数分布。
上述研究得到了国家重点研发计划（2023YFB4103201）、国家自然科学基金（22379053）、中国博士后科学基金（2022M711358）等项目的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c01605
