如何将煤、生物质等“脏能源”高效转化为清洁汽油？俄罗斯托夫国立技术大学团队在《化学科学与工程前沿》发布创新成果，其研发的Fe/Ru双金属催化剂通过水热沉积法锚定在超交联聚苯乙烯（HPS）上，在费托合成（FTS）中将C5-C11汽油组分产率提升20%，CO转化率从25%跃升至29.8%，为煤炭清洁化按下“分子级加速键”。

从“单打独斗”到“双核驱动”：水热沉积法破局催化剂失活
传统Fe基催化剂在费托合成中易因颗粒团聚失活，如同“磁铁相吸”导致活性骤降。研究团队受分子筛结构启发，采用超交联聚苯乙烯（HPS）为载体，其内部布满蜂窝状纳米孔道，比表面积相当于30个足球场。通过水热沉积技术，在200℃、6MPa高压下将Fe和Ru金属前驱体逐层锚定在HPS表面，形成双金属“纳米岛屿”。实验显示，Ru的加入使Fe3O4颗粒尺寸从45纳米缩减至5纳米，分散度提升9倍，如同在纳米尺度打造“防团聚隔离带”。

“金属乐高”效应：活性提升1.5倍
技术核心在于Fe与Ru的协同作用。Ru凭借更强的表面吸附能力，优先占据HPS的苯环位点，成为Fe颗粒的“定位锚点”。X射线光电子能谱（XPS）数据显示，双金属催化剂表面Fe浓度提升至0.72原子%，Ru的电子效应使Fe3O4还原温度降低15℃，催化活性较单金属Fe催化剂提升1.5倍。在模拟工业条件的液态相反应中，双金属催化剂将C5-C11烷烃选择性推至98.5%，其中支链异构体占比17.2%，显著提升汽油辛烷值。

极端验证：5次循环“零衰减”
研究设置三重严苛测试：在200℃、2MPa压力下，以正十二烷为溶剂进行连续5次费托合成循环。结果显示，双金属催化剂CO转化率稳定在30%左右，活性组分流失率低于0.1%，抗积碳性能优于传统钴基催化剂。透射电镜（TEM）观测证实，经历50小时反应后，Fe/Ru纳米颗粒仍保持5-10纳米均匀分布，HPS载体结构未发生坍塌。

绿色转化革命：每吨煤省下200升水
相较于气相费托工艺，液态相反应温度降低40℃，能耗减少25%。以年产百万吨煤制油项目测算，采用新催化剂可减少高温高压设备投资30%，同时降低废水处理成本35%。目前该技术已在俄罗斯某煤化工中试基地应用，产物通过ASTM D975车用柴油标准认证，计划3年内实现工业化落地。

正如论文通讯作者Antonina Stepacheva所述：“当双金属催化剂学会‘分工协作’，肮脏的煤炭也能变身绿色动能。”这项突破不仅改写煤化工技术路线，更为生物质能源转化、二氧化碳加氢制油提供了全新范式。

来源: 化学工程前沿FCSE