費(fèi)托合成將合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣）在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔�，產(chǎn)物主要為直鏈的烷烴和烯烴。隨著石油資源的日益短缺，以及合成氣來源的多樣化，由費(fèi)托合成過程制備液體燃料和化學(xué)品受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾�。這也是將非石油資源（如煤、天然氣和生物質(zhì)等）轉(zhuǎn)化為清潔燃料和化學(xué)品的關(guān)鍵過程。目前，費(fèi)托合成技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)接近大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段，但仍然存在一些問題，如能耗高、產(chǎn)物的選擇性較差等。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員郭向云課題組首次提出光催化費(fèi)托合成的概念，通過施加光外場(chǎng)在較低溫度下實(shí)現(xiàn)了一氧化碳高效轉(zhuǎn)化和產(chǎn)物選擇性的控制。相關(guān)工作發(fā)表于ACS Catal.，并獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)（專利號(hào)：ZL 2014 1 0745484.2）。
在光照條件下，金屬納米顆粒表面會(huì)產(chǎn)生具有高能量的載流子。這些載流子躍遷到吸附態(tài)分子的空軌道，使之形成一種帶電荷的離子態(tài)，進(jìn)而在一個(gè)與熱反應(yīng)完全不同的高勢(shì)能面發(fā)生反應(yīng)，因此可得到不同于熱反應(yīng)的產(chǎn)物分布。研究團(tuán)隊(duì)采用石墨稀負(fù)載的具有蠕蟲狀結(jié)構(gòu)的釕納米線為催化劑，在可見光照射、150oC下，催化劑活性可達(dá)14.4molCO•molRu−1•h−1，是暗反應(yīng)條件下的兩倍，增加光照強(qiáng)度或者減小入射光波長(zhǎng)，可進(jìn)一步提高催化劑活性。光照下，釕的d電子吸收光能成為高能“熱”電子，然后反饋到釕表面吸附態(tài)CO分子的2π*軌道，加速CO的解離，提高反應(yīng)活性。同時(shí)，光催化條件下，產(chǎn)物分布顯著改變，C5+的選擇性明顯提高。一般認(rèn)為，釕催化的費(fèi)托合成經(jīng)歷CH+CH的偶聯(lián)過程，而非C+CO偶聯(lián)過程，因?yàn)榍罢咴卺懟钚晕淮呋哪軌靖汀?/span>CH+CH偶聯(lián)過程中，兩者通過電子與釕的d空軌道疊加，使其泡利相斥作用減弱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)偶聯(lián)。光照有利于釕的d電子躍遷，從而形成更多的空軌道，使泡利相斥作用進(jìn)一步減弱，有利于碳鏈增長(zhǎng)。
地球上的所有生物質(zhì)都是通過光合作用形成的，生物質(zhì)經(jīng)過簡(jiǎn)單氣化就可以得到費(fèi)托合成所需要的原料氣——合成氣。光催化費(fèi)托合成過程能最大限度地利用太陽(yáng)能，并將其轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的綠色利用和低碳循環(huán)。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委（21403270和21473232）、山西省青年科技研究基金（2013021007−1）和煤轉(zhuǎn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題（2014BWZ006）的資助。
（來源：中國(guó)氮肥與甲醇技術(shù)網(wǎng)）