如何將煤、生物質(zhì)等“臟能源”高效轉(zhuǎn)化為清潔汽油？俄羅斯托夫國立技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《化學(xué)科學(xué)與工程前沿》發(fā)布創(chuàng)新成果，其研發(fā)的Fe/Ru雙金屬催化劑通過水熱沉積法錨定在超交聯(lián)聚苯乙烯（HPS）上，在費(fèi)托合成（FTS）中將C5-C11汽油組分產(chǎn)率提升20%，CO轉(zhuǎn)化率從25%躍升至29.8%，為煤炭清潔化按下“分子級(jí)加速鍵”。

從“單打獨(dú)斗”到“雙核驅(qū)動(dòng)”：水熱沉積法破局催化劑失活
傳統(tǒng)Fe基催化劑在費(fèi)托合成中易因顆粒團(tuán)聚失活，如同“磁鐵相吸”導(dǎo)致活性驟降。研究團(tuán)隊(duì)受分子篩結(jié)構(gòu)啟發(fā)，采用超交聯(lián)聚苯乙烯（HPS）為載體，其內(nèi)部布滿蜂窩狀納米孔道，比表面積相當(dāng)于30個(gè)足球場。通過水熱沉積技術(shù)，在200℃、6MPa高壓下將Fe和Ru金屬前驅(qū)體逐層錨定在HPS表面，形成雙金屬“納米島嶼”。實(shí)驗(yàn)顯示，Ru的加入使Fe3O4顆粒尺寸從45納米縮減至5納米，分散度提升9倍，如同在納米尺度打造“防團(tuán)聚隔離帶”。

“金屬樂高”效應(yīng)：活性提升1.5倍
技術(shù)核心在于Fe與Ru的協(xié)同作用。Ru憑借更強(qiáng)的表面吸附能力，優(yōu)先占據(jù)HPS的苯環(huán)位點(diǎn)，成為Fe顆粒的“定位錨點(diǎn)”。X射線光電子能譜（XPS）數(shù)據(jù)顯示，雙金屬催化劑表面Fe濃度提升至0.72原子%，Ru的電子效應(yīng)使Fe3O4還原溫度降低15℃，催化活性較單金屬Fe催化劑提升1.5倍。在模擬工業(yè)條件的液態(tài)相反應(yīng)中，雙金屬催化劑將C5-C11烷烴選擇性推至98.5%，其中支鏈異構(gòu)體占比17.2%，顯著提升汽油辛烷值。

極端驗(yàn)證：5次循環(huán)“零衰減”
研究設(shè)置三重嚴(yán)苛測試：在200℃、2MPa壓力下，以正十二烷為溶劑進(jìn)行連續(xù)5次費(fèi)托合成循環(huán)。結(jié)果顯示，雙金屬催化劑CO轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在30%左右，活性組分流失率低于0.1%，抗積碳性能優(yōu)于傳統(tǒng)鈷基催化劑。透射電鏡（TEM）觀測證實(shí)，經(jīng)歷50小時(shí)反應(yīng)后，F(xiàn)e/Ru納米顆粒仍保持5-10納米均勻分布，HPS載體結(jié)構(gòu)未發(fā)生坍塌。

綠色轉(zhuǎn)化革命：每噸煤省下200升水
相較于氣相費(fèi)托工藝，液態(tài)相反應(yīng)溫度降低40℃，能耗減少25%。以年產(chǎn)百萬噸煤制油項(xiàng)目測算，采用新催化劑可減少高溫高壓設(shè)備投資30%，同時(shí)降低廢水處理成本35%。目前該技術(shù)已在俄羅斯某煤化工中試基地應(yīng)用，產(chǎn)物通過ASTM D975車用柴油標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，計(jì)劃3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化落地。

正如論文通訊作者Antonina Stepacheva所述：“當(dāng)雙金屬催化劑學(xué)會(huì)‘分工協(xié)作’，骯臟的煤炭也能變身綠色動(dòng)能?！边@項(xiàng)突破不僅改寫煤化工技術(shù)路線，更為生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化、二氧化碳加氫制油提供了全新范式。