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卤素调控铁基费托合成反应机理示意图。 马 丁供图
r在化工领域，有一项用了近百年的“老工艺”——费托合成。它的本事，是把一氧化碳和氢气混合而成的“合成气”，转化成液体燃料和烯烃等有价值的化工产品。自20世纪20年代被发明以来，这项技术就成为煤炭、天然气、生物质，甚至二氧化碳等“含碳资源”转变为能源产品的重要工具。如今，它依然是全球能源化工领域的骨干成员。
r如果把合成气比作“积木”，费托合成的任务就是把这些积木拼成燃料分子或化工原料。而铁基催化剂就是这项拼装工作的“熟练工”。它便宜、好用，适合像煤炭这类“氢少碳多”的原料，因此在我国化工装置中几乎是标配。但这个“工匠”也有老问题，它常常走“岔路”：要么让水和一氧化碳结合变成氢气和二氧化碳，要么让两个一氧化碳自己“抱团”生成二氧化碳和碳黑。这两条偏路，导致每生产3份产物，就有一份碳以二氧化碳的形式流失。即使通过回收尾气的手段，也很难把碳损降得更低。
r要多产烯烃，又少排二氧化碳，这一直是道难题。现在，科研人员找到了一种听起来近乎“魔法”的解法：往气里加一点“料”——百万分之一量级的卤代甲烷（比如溴甲烷）。这个量有多小？差不多是一缸水里加了一滴墨水。但实验结果却令人惊讶：在300摄氏度、5个大气压的条件下，只加入20ppm（百万分之一）的溴甲烷，二氧化碳的生成比例就从30%骤降到不到1%。这一项由中国科学院山西煤炭化学研究所和北京大学化学与分子工程学院合作的科研成果，发表于《科学》期刊。这项技术破解了费托合成高碳排放难题，为我国在“双碳”目标下推动煤、天然气、生物质等碳资源的绿色转化提供了新路径。
r这背后的原理是什么？原来，溴原子在催化剂表面停留下来，像给催化剂披上了一层看不见的“保护膜”，改变了关键位置的反应环境。它就像一名聪明的“门卫”，专门守在反应的岔路口：水分子想进来引发副反应？——不行，拦下！两个一氧化碳试图“串通”生成多余的二氧化碳？——也不行，劝退！而对于那些正常的、该进行的反应通道，“门卫”则睁一只眼闭一只眼，放行。甚至还能顺手“关掉”某些不太必要的后续反应通道，让产物更加集中、纯净。这是用最小代价解决最大问题，体现了化学工程之美。
r这一轻巧的“添加”，带来的不仅是效率的提升，更是碳资源利用方式的巨大改变。如何让我国的传统能源产业走得更远，这项技术无疑具有重要意义。更重要的是，这一思路不只适用于铁基催化剂，也有望推广到其他反应体系中。用微小的添加剂、调控催化剂表面的微环境，就能引导出完全不同的反应轨迹——这是一种真正“以小博大”的技术策略，也可能成为未来绿色化工的重要方向。
r（作者为中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授）
r《 人民日报 》（ 2025年11月22日 06 版）每日配资网站
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