北京时间2026年4月1日晚间，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了我国科研人员在煤炭清洁高效利用领域的一项重磅成果。中国科学院大连化学物理研究所孙剑研究员与葛庆杰研究员团队，经过长期攻关，提出了一种基于费托合成（Fischer-Tropsch synthesis）体系的全新催化策略。该策略打破了传统工艺对高温高压的依赖，首次实现了合成气（一氧化碳和氢气）在250至260摄氏度、0.1兆帕的温和条件下，向低碳烯烃的高效转化。
这一突破不仅攻克了困扰业界多年的“活性-选择性权衡”难题，更为我国“富煤、贫油、少气”能源结构下的化工原料多元化与煤炭清洁转化，提供了全新的技术路径。
🔬 颠覆认知：打破“高温高压”的铁律
费托合成是将煤炭、天然气等转化的合成气，进一步制备液体燃料和基础化学品的核心工业过程。长期以来，这条技术路线始终受制于严苛的反应条件。
据团队研究成果显示，传统费托合成制烯烃工艺通常需要在300摄氏度以上、压力大于2兆帕的环境下运行。这不仅意味着巨大的能耗和设备投资成本，更存在一道难以逾越的科学壁垒：在温和条件下，反应体系普遍存在“转化率”与“低碳烯烃选择性”之间的权衡关系（Trade-off）。换言之，随着一氧化碳转化率的提升，目标产物——低碳烯烃的选择性往往会显著下降，难以兼得。
针对这一痛点，孙剑与葛庆杰团队另辟蹊径，从反应本征机理出发，提出了一种“亲水羟基促进”的全新策略。研究团队在经典的钠-钴-锰（Na-Co-Mn）催化体系中，引入了特定的羟基助剂，如羟基磷灰石（HAP）、勃姆石（AB）和气相二氧化硅等。这些助剂在催化剂表面构建了富含羟基的反应界面，从源头上改变了反应的微观路径。
📊 硬核数据：转化率与选择性双高
在实验室验证中，这套新型催化体系交出了一份极为亮眼的成绩单。在250至260摄氏度、0.1兆帕的低压温和工况下，该体系展现出了卓越的综合性能：
超高转化率：一氧化碳（CO）转化率稳定在80%左右，最优工况下可达82%。
高选择性：低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯等）选择性达到60%，总烯烃选择性超过80%。
广谱适应性：该体系适用于较宽的氢碳比范围（H2/CO=1至2），甚至在氢碳比低至0.8的苛刻条件下，仍能保持约64%的转化率和60%的选择性，显示出对不同工业气源的极强适应能力。
尤为值得关注的是，该策略实现了约13%的低碳烯烃碳利用效率。这一数据在目前全球已报道的合成气制低碳烯烃工艺中位居前列，标志着我国在碳一化工（C1 Chemistry）领域的底层催化技术上取得了实质性领先。
⚙️ 机理揭秘：给催化剂装上“稳定器”
为什么引入羟基助剂能产生如此奇效？研究团队通过原位及准原位表征技术，揭示了其中的微观奥秘。
研究表明，特定的羟基助剂能够有效抑制催化剂活性中心的“过度还原”和“过度碳化”。在传统的费托反应中，催化剂表面容易因过度碳化而形成不利于目标产物生成的相态。而羟基助剂的加入，相当于给催化剂装上了“稳定器”，诱导形成了具有低对称性三斜相结构的钴锰复合氧化物新催化位点。这种结构特征有利于促进“氢原子辅助的一氧化碳解离”路径，显著降低了反应能垒，从而提升了反应效率。
这一发现打破了过去学术界普遍认为“反应体系中生成的水会抑制催化剂活性”的传统认知，证明了亲水基团在调控反应路径中的积极作用，为理解合成气转化过程中多相活性结构的动态演化提供了全新的实验依据。
🏭 战略纵深：煤化工的绿色未来
对于中国煤化工产业而言，这项基础研究的突破具有深远的战略意义。我国能源结构的基本国情是“富煤、贫油、少气”，发展以合成气为中间体的转化技术，是实现能源自主保障、推动化工原料多元化的必由之路。
目前，我国煤制烯烃产业多采用高温费托合成路线，设备耐压要求高、运行能耗大。孙剑、葛庆杰团队提出的温和条件新策略，理论上可将反应温度降低40摄氏度以上，压力降至接近常压。这不仅大幅削减了生产过程中的能耗与碳排放，也降低了工业化装置的建设和运行门槛。
据团队透露，未来他们将围绕羟基助剂调控一氧化碳/二氧化碳催化转化体系的构筑方式、催化剂活性中心结构演化及反应过程优化等关键问题，持续推进基础研究与应用探索。随着这项技术的成熟与落地，我国煤炭清洁高效利用和低碳化工过程的发展将迎来强有力的技术支撑，进一步筑牢国家能源与产业的安全屏障。