如何將煤、生物質等“臟能源”高效轉化為清潔汽油？俄羅斯托夫國立技術大學團隊在《化學科學與工程前沿》發布創新成果，其研發的Fe/Ru雙金屬催化劑通過水熱沉積法錨定在超交聯聚苯乙烯（HPS）上，在費托合成（FTS）中將C5-C11汽油組分產率提升20%，CO轉化率從25%躍升至29.8%，為煤炭清潔化按下“分子級加速鍵”。

從“單打獨斗”到“雙核驅動”：水熱沉積法破局催化劑失活
傳統Fe基催化劑在費托合成中易因顆粒團聚失活，如同“磁鐵相吸”導致活性驟降。研究團隊受分子篩結構啟發，采用超交聯聚苯乙烯（HPS）為載體，其內部布滿蜂窩狀納米孔道，比表面積相當于30個足球場。通過水熱沉積技術，在200℃、6MPa高壓下將Fe和Ru金屬前驅體逐層錨定在HPS表面，形成雙金屬“納米島嶼”。實驗顯示，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“防團聚隔離帶”。

“金屬樂高”效應：活性提升1.5倍
技術核心在于Fe與Ru的協同作用。Ru憑借更強的表面吸附能力，優先占據HPS的苯環位點，成為Fe顆粒的“定位錨點”。X射線光電子能譜（XPS）數據顯示，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。在模擬工業條件的液態相反應中，雙金屬催化劑將C5-C11烷烴選擇性推至98.5%，其中支鏈異構體占比17.2%，顯著提升汽油辛烷值。

極端驗證：5次循環“零衰減”
研究設置三重嚴苛測試：在200℃、2MPa壓力下，以正十二烷為溶劑進行連續5次費托合成循環。結果顯示，雙金屬催化劑CO轉化率穩定在30%左右，活性組分流失率低于0.1%，抗積碳性能優于傳統鈷基催化劑。透射電鏡（TEM）觀測證實，經歷50小時反應后，Fe/Ru納米顆粒仍保持5-10納米均勻分布，HPS載體結構未發生坍塌。

綠色轉化革命：每噸煤省下200升水
相較于氣相費托工藝，液態相反應溫度降低40℃，能耗減少25%。以年產百萬噸煤制油項目測算，采用新催化劑可減少高溫高壓設備投資30%，同時降低廢水處理成本35%。目前該技術已在俄羅斯某煤化工中試基地應用，產物通過ASTM D975車用柴油標準認證，計劃3年內實現工業化落地。

正如論文通訊作者Antonina Stepacheva所述：“當雙金屬催化劑學會‘分工協作’，骯臟的煤炭也能變身綠色動能。”這項突破不僅改寫煤化工技術路線，更為生物質能源轉化、二氧化碳加氫制油提供了全新范式。

來源: 化學工程前沿FCSE