近日，我校化学与化工学院化工系尹振博士和北京大学教授马丁、复旦大学教授曹勇的研究团队合作在一步催化转化CO + H₂O制备油品的研究取得重要进展，相关研究成果以“Direct conversion of CO and H₂O into liquid fuels under mild conditions”为题于2019年3月27日发表于《自然-通讯》（Nature Communications, 2019, 10, 1389）（https://www.nature.com/articles/s41467-019-09396-3）。

CO的催化转化是当前C1化学工业的核心过程，对于合成气的转化、CO₂催化转化和利用、温室气体和工业尾气减排等均具有重要的科学意义和应用价值。其中，CO通过费托合成反应（FTS）转化为油品，是目前为止被认为最有可能代替石油化工过程的途径，且相应的煤制油过程已经实现大规模工业化应用。但是，该过程必须以特定比例的合成气（H₂/CO = 2:1）为原料，需要经过复杂的分离和净化过程，导致该过程投资和生产成本较高。同时，在钢铁冶炼和电石生产等工业过程中，产生大量以CO作为主要成分的工业尾气，通常这些工业废气以燃烧方式的处理或者直接排入大气。以我国为例，仅高炉煤气每年的放散量可达数百亿立方米，对环境造成巨大的危害。然而，这些工业尾气中通常CO含量非常高（最高可达70%以上），而H₂含量非常低（5%以下），难以实现高附加值的转化利用，从而导致其回收和高效利用一直是化工和冶金等工业界备受关注的难点。此外，目前在CO₂转化利用过程中，CO作为高选择性的中间产物成为实现CO₂高效转化利用的关键之一。

为了实现贫氢或无氢条件下CO的高效利用，研究团队选择最为廉价易得的H₂O作为氢源，通过构建水汽迁移反应（WGS）活性中心Pt-Mo₂C和费托合成反应（FTS）活性中心Ru的Pt-Ru双金属催化剂体系，实现水汽迁移反应与费托合成反应在热力学和动力学上的匹配，进而成功将两个反应耦合，在国际上首次报道温和条件下（200^oC以下），将CO和H₂O一步直接转化制备油品，该过程中费托反应的活性高达8.7 mol_-CH2- mol_Ru^-1 h^-1，与在合成气（H₂/CO=2）条件下Ru/C催化剂的费托活性相当，且费托产物中C₅₊油相产物的选择性接近70%。对比双金属催化剂RuPt-Mo₂C和物理混合催化剂的结果，发现两种活性金属Pt和Ru的结合方式对于催化反应活性具有重要的影响。如果Pt和Ru形成PtRu合金，将同时降低水汽迁移反应和费托合成反应的催化活性，进而打破两个反应之间的动力学平衡。只有当两种活性中心分别作用时，两个反应的动力学速率才能达到平衡，实现最优的反应活性和最高的C₅₊油相产物选择性。

该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院等资助以及上海光源和中科合成油技术有限公司的支持和帮助。北京大学教授马丁和复旦大学教授曹勇、天津工业大学尹振博士为该工作的共同通讯作者。（审稿：化学与化工学院 桂建舟 编辑：宣传部 张欣）