鹵素調控鐵基費托合成反應機理示意圖。 　　馬 丁供圖

　　在化工領域，有一項用了近百年的“老工藝”——費托合成。它的本事，是把一氧化碳和氫氣混合而成的“合成氣”，轉化成液體燃料和烯烴等有價值的化工產品。自20世紀20年代被發明以來，這項技術就成為煤炭、天然氣、生物質，甚至二氧化碳等“含碳資源”轉變為能源產品的重要工具。如今，它依然是全球能源化工領域的骨干成員。

　　如果把合成氣比作“積木”，費托合成的任務就是把這些積木拼成燃料分子或化工原料。而鐵基催化劑就是這項拼裝工作的“熟練工”。它便宜、好用，適合像煤炭這類“氫少碳多”的原料，因此在我國化工裝置中幾乎是標配。但這個“工匠”也有老問題，它常常走“岔路”：要麼讓水和一氧化碳結合變成氫氣和二氧化碳，要麼讓兩個一氧化碳自己“抱團”生成二氧化碳和碳黑。這兩條偏路，導致每生產3份產物，就有一份碳以二氧化碳的形式流失。即使通過回收尾氣的手段，也很難把碳損降得更低。

　　要多產烯烴，又少排二氧化碳，這一直是道難題。現在，科研人員找到了一種聽起來近乎“魔法”的解法：往氣裡加一點“料”——百萬分之一量級的鹵代甲烷（比如溴甲烷）。這個量有多小？差不多是一缸水裡加了一滴墨水。但實驗結果卻令人驚訝：在300攝氏度、5個大氣壓的條件下，隻加入20ppm（百萬分之一）的溴甲烷，二氧化碳的生成比例就從30%驟降到不到1%。這一項由中國科學院山西煤炭化學研究所和北京大學化學與分子工程學院合作的科研成果，發表於《科學》期刊。這項技術破解了費托合成高碳排放難題，為我國在“雙碳”目標下推動煤、天然氣、生物質等碳資源的綠色轉化提供了新路徑。

　　這背后的原理是什麼？原來，溴原子在催化劑表面停留下來，像給催化劑披上了一層看不見的“保護膜”，改變了關鍵位置的反應環境。它就像一名聰明的“門衛”，專門守在反應的岔路口：水分子想進來引發副反應？——不行，攔下！兩個一氧化碳試圖“串通”生成多余的二氧化碳？——也不行，勸退！而對於那些正常的、該進行的反應通道，“門衛”則睜一隻眼閉一隻眼，放行。甚至還能順手“關掉”某些不太必要的后續反應通道，讓產物更加集中、純淨。這是用最小代價解決最大問題，體現了化學工程之美。

　　這一輕巧的“添加”，帶來的不僅是效率的提升，更是碳資源利用方式的巨大改變。如何讓我國的傳統能源產業走得更遠，這項技術無疑具有重要意義。更重要的是，這一思路不隻適用於鐵基催化劑，也有望推廣到其他反應體系中。用微小的添加劑、調控催化劑表面的微環境，就能引導出完全不同的反應軌跡——這是一種真正“以小博大”的技術策略，也可能成為未來綠色化工的重要方向。

　　（作者為中國科學院院士、北京大學化學與分子工程學院教授）

　　《 人民日報 》（ 2025年11月22日 06 版）

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