近日，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院及其合作单位埃因霍温理工大学在国际DING JI 期刊《Nature》发表突破性研究，揭示了合成气高效转化为线性α-烯烃（LAOs）的新型催化剂技术^[1]。北京低碳清洁能源研究院王鹏研究员，蒋复国研究员，门卓武研究员以及荷兰埃因霍芬理工大学的Emiel J. M. Hensen教授参与此项研究。

合成气高效转化：

从低效碳利用到精准催化

      石油长期以来是燃料与化学品生产的主要原料，但煤炭、天然气和生物质等替代资源的开发日益受到关注。这些资源通过气化生成合成气（CO/H₂混合物），随后利用费托合成(FT)技术进一步转化。然而，传统FT工艺虽在燃料生产中成熟，却在化学品合成领域面临挑。以线性α-烯烃（LAOs）为例，其当前主要通过乙烯低聚制备，而现有高温FT工艺虽可直接从合成气制取LAO，但碳原子利用率低下，产物中C₂-C₄烯烃占比过高，目标产物C₅-C₁₀ LAO收率不足，同时伴随大量CO₂排放。

研究团队创新性地采用纯相χ-碳化铁（χ-Fe₅C₂）催化剂，成功突破上述瓶颈。该催化剂在290°C下的活性较传统FT制烯烃催化剂（需320°C以上）提升1-2个数量级，并能在工业条件下稳定运行200小时，实现51%的碳基选择性生成C₂-C₁₀ LAO，同时将CO₂选择性降至9%。此外，其优异性能在250-320°C宽温域内均保持稳定，展现出工业化应用的巨大潜力。

原位观察催化机理：

环境电镜揭示动态过程

      研究团队利用Thermo Scientific™ Titan ETEM G2球差校正环境透射电子显微镜（ETEM），实现催化剂碳化过程的原子级原位观测^[1]。实验在合成气（H₂/CO=30/1）、500帕压力及350°C条件下进行。结果表明，雷尼铁纳米颗粒的碳化始于内部，逐步向外扩展，30分钟内即可完成从氧化层包裹态到纯相χ-Fe₅C₂晶体的转变。这一动态过程为精准设计调控催化剂提供了关键数据支撑。

图1 纯相χ-Fe₅C₂形成的ETEM研究。^[1]

        这是赛默飞球差校正环境透射电镜助力央企发表的首篇Nature论文，该研究成果提出的“纯相碳化铁催化剂体系”新理论，将引领线性α-烯烃产业链的高端化跃升。

技术革新：

Spectra ETEM推动催化研究新纪元

      值得一提的是，本研究采用的球差校正环境透射电子显微镜(ETEM)正随着设备升级不断突破极限。Thermo Scientific™ Spectra ETEM是ZUI XIN一代球差校正环境透射电子显微镜，其凭借以下革新设计，成为催化研究的利器：

       未来，Spectra ETEM有望帮助科学家在能源材料、纳米催化等领域推动更多颠覆性发现，加速实验室成果向工业化应用的转化。