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新闻 | 天津大学化工学院李新刚教授团队在费托合成研究领域取得突破成果2018.08.16

    近日,天津大学化工学院李新刚教授团队联合日本国立富山大学的椿范立教授在费托合成领域取得了突破性研究成果,在《Nature》子刊Nature Communications上发表了题为“Confined small-sized cobalt catalysts stimulate carbon-chain growth reversely by modifying ASF law of Fischer–Tropsch synthesis”的学术论文。天津大学化工学院博士研究生程庆鹏和田野博士是文章的共同第一作者,李新刚教授与椿范立教授为共同通讯作者。


图:通过控制Co/SiO2催化剂钴晶粒尺寸,精准调控费托合成产品分布 

Nature Communications 9 (2018) 3250

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05755-8 

    随着社会经济的飞速发展,能源供求矛盾日益突出。根据我国能源分布“富煤、贫油、少气”的特点,将储量丰富的煤炭转化为清洁液体燃料是实现能源结构优化和能源储存战略的有效途径。煤基合成气(CO和H2)可通过费托合成反应在金属钴等催化剂上经C-C偶联制取清洁液体燃料。然而,费托合成产品在理论上受Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布的限制。在实际工业生产中,初级费托合成产品需要在其它催化剂(如酸性催化剂)辅助下经过二次反应来提高目标产物的选择性。 

    论文作者设计并开发出一种“西瓜子”结构的Co/SiO2催化剂,精确控制了钴晶粒尺寸,并通过结构限域效应阻止反应过程中钴的团聚和烧结,发现当钴晶粒尺寸为7nm左右时柴油馏分产品选择性高达60%以上,当钴晶粒尺寸为11纳米左右时汽油馏分产品选择性可达60%以上,以上结果未经二次反应即可打破ASF分布的限制,是费托合成研究领域的一个重要突破。同时,作者的研究结果还打破了传统认知:即具有较大钴晶粒尺寸的催化剂会得到较重的费托合成产品(柴油、石蜡等)。目前,国际上钴价格高居不下,小尺寸钴催化剂的成功开发将减少催化剂中钴的用量,节省大量钴资源,大幅度降低工业成本,对我国能源、资源战略的可持续发展起到重要的促进作用。