你相信煤能變成“水”嗎？近日，中國科學家在這一領域取得了新的突破。不過，這里說的“水”不是真正意義上的水，而是一類液體物質——烯烴。對于烯烴，除了在高中化學課本上見到過，很多人可能都比較陌生。其實，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷母鞣N塑料制品，比如鞋子、衣物、手機、飲料瓶，都是以烯烴為原料制成的。
烯烴是一類重要的化工原料，前面提到的生活中常見的塑料制品的制造都需要烯烴。目前，在化工領域，廣泛采用的烯烴制取方法是通過石油制取烯烴。而中國是個石油儲量相對較少的國家，如果想滿足生產(chǎn)的需要，需要進口更多的石油，影響到中國的能源安全。
因此，一些科學家想到了通過煤炭制取烯烴的新方向。相比于石油，中國的煤炭資源比較豐富，目前煤炭主要用作能源物質。
隨著近年低碳環(huán)保理念深入人心、國家計劃實現(xiàn)“雙碳”雙碳戰(zhàn)略，綠色環(huán)保地利用煤炭資源成了科學研究的新方向。從環(huán)保的角度來說，通過煤炭制取烯烴，正是煤炭綠色利用的新方式。
煤炭變“水”早有辦法
把煤炭、石油、天然氣等中含有的碳氫化合物與氧化劑反應，可以生成一氧化碳和和氫氣的混合物，被稱為合成氣。合成氣再經(jīng)過一系列的化學反應，就會轉化為烯烴等重要化工原料。而在現(xiàn)實的化工生產(chǎn)中，通過煤炭制取烯烴的關鍵是催化劑。
2016年，中國科學院大連化物所的研究團隊改變了傳統(tǒng)催化劑中的活性組分，由金屬或金屬碳化物變?yōu)榻饘傺趸锖头肿雍Y的復合催化劑——OXZEO。結果，在制取烯烴的過程中，烯烴的選擇率（代表了反應產(chǎn)物的單一性）達到了80%。
不過，OXZEO催化劑也不是完美無缺——在OXZEO催化的反應中，反應物一氧化碳的轉化率只有17%。這意味著，一氧化碳的反應活性不高，想要制取足夠的烯烴，需要大量一氧化氮，會提升成本。
新一代OXZEO催化劑：打破反應“蹺蹺板”
為此，中科院大連物化所的科學家又開展了進一步的研究。他們發(fā)現(xiàn)，初代OXZEO催化劑提升了烯烴的選擇率，卻沒有提升一氧化碳的轉化率是因為，催化劑不僅催化了生成烯烴的主反應，還催化了兩個副反應。這樣一旦一氧化碳的轉化率提高了，就會有更多的其他產(chǎn)物通過副反應生成，進而降低烯烴的選擇率。因此，在保證烯烴的選擇率的前提下，只能選擇降低一氧化碳的轉化率。
針對初代OXZEO催化劑的這一問題，研究團隊在原有分子篩的基礎上，制備了基于金屬鍺離子的微孔分子篩，減少了副反應的發(fā)生，在保證烯烴的選擇性大于80%（最高達到了83%）的同時，一氧化碳的轉化率也達到了驚人的 85%，提升了反應效率。
這項研究發(fā)表在2023年5月19日的《科學》（Science）雜志上，這一突破性進展徹底顛覆了百余年來煤化工業(yè)固有的生產(chǎn)方式，成功解決了傳統(tǒng)催化反應中難以同時提高活性與選擇性的“蹺蹺板”難題，而且大幅度降低了水和能量的消耗。