近日，由江南大学化学与材料工程学院刘小浩教授研究团队，通过设计构建新型催化体系，以一氧化碳和氢气混合气（CO+H2，合成气）为原料，实现了一步高效合成长链α-烯烃。相关研究成果日前发表于爱思唯尔《催化杂志》。
在煤化工产业中合成气制烯烃主要采用经甲醇中间产物转化或直接法费托合成技术，甲醇路线主要生成低碳烯烃，很难获得长链烯烃，费托路线由于反应规律的制约，主要生成短链烯烃，虽然可合成长链烯烃，但选择性偏低。长久以来，各国科学家主要精力集中在试图开发新催化剂和设计新工艺，采用一步法策略提高合成气制低碳烯烃的选择性。
长链α-烯烃（C4+=，碳原子数大于4的烯烃）作为一种高端化工原料，在精细化工领域具有广泛的应用，例如可用于合成可生物降解洗涤剂、新型聚合物材料、涂料、润滑油、环保增塑剂和农药等。然而，从石油路线很难直接获得这种高端化工原料，费托合成路线合成长链α-烯烃的产率较低。
研究人员打破常规思路，创新性地构建廉价铁系催化剂，即以非负载的钠修饰的大尺寸铁锌尖晶石氧化物为基础，利用硫化钠调控化学反应过程中碳沉积和碳消除的平衡，以避免“碳物种”在催化剂表面的积聚影响催化稳定性和产品选择性，而大尺寸反应表面耦合锌钠双助剂的给电子能力促进碳链增长和反应中间体脱附形成长链烯烃。据介绍，该设计理念制备的催化剂，催化合成气反应获得了超过96%的合成气单程转化率、5%左右的低甲烷选择性，综合烯烃选择性约为81%，其中长链α-烯烃（C4+=）选择性超过65%。
该项研究不同于广泛报道的合成气一步直接制低碳烯烃技术，存在单程转化率偏低，原料气和气相产物难于分离等问题。研究人员采用廉价的单铁系催化剂，在连续流固定床单反应器中即可获得很高的合成气单程转化率，使得在工业应用过程中无需将未反应的原料气分离循环反应，这样可大幅降低设备投资和操作加工成本，更重要的是，产物中大部分是高价值的长链烯烃，用于后续的精细加工制高附加值产品，可产生显著的经济效益。
上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2023YFB4103200）、国家自然科学基金面上项目（22379053）、中国博士后科学基金（2022M711358）和中国石化催化剂有限责任公司（36100000-22-ZC0607-0035）的资助。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021951724003002
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