近日發表于《Nature Communications》的文獻《Selective conversion of syngas to C?? long-chain alcohols》,報道了一種精準設計的集成催化體系，實現合成氣高選擇性轉化制C??長鏈醇。歐世盛為該研究提供的單通道催化劑評價裝置在實驗中用作固定床反應器，為催化體系的連續反應與性能測試提供了關鍵硬件支撐，保障了相關實驗數據的穩定、可靠與可重復性。

全自動催化劑評價裝置

歐世盛單通道全自動催化劑評價裝置適用于任化劑研發與篩選階段反應，可為您節省大量時間、人力和物力。該裝置以微反應技術為核心，全自動流程控制為基礎。保障氣液固最佳反應效率。全自動、緊湊型、具有創新控制技術的系統能夠提供催化劑測試所需要的各種配置與選項。通過-交互式軟件控制系統進行一系列實驗，實時獲取高精度、高重現性的結果。

01 快速平衡：

快速系統平衡時間，微反應氣液混合器，提高氣液混合效率

02 精準溫控:

分區全流程溫度管理，溫度控制更加精準

03 液位精測:

自動液面檢測，容差液位傳感器，死體積小于1mL

04 穩壓控液:

精確控制壓力和液面，高精度穩流閥

05 即時取樣:

直接取樣口，實現零滯后快速取樣

06 按需擴展:

可根據需要外擴多個并行反應或連續反應

研究亮點及意義

通過雙活性中心構筑、多活性位點協同、多反應路徑耦合等策略，構建CoMnCs/C|Rh1/3v-POPs-PPh3|CuZrO2/SiO2高效集成催化體系，實現合成氣定向轉化制備C??長鏈醇，C??醇選擇性達80%，為解決該領域反應網絡復雜、副產物多、目標產物選擇性低等難題提供了新思路。

相較于傳統高成本、高能耗的生產路線，該技術可顯著提升C??長鏈醇生產的經濟性與競爭力，具有重要的工業化前景，也是C1 化工領域在高選擇性、高碳效率、綠色低碳方向上的一個重要進展。

導圖

實驗方法

>>>>催化劑制備

Co基催化劑采用等體積浸漬法制備，以碳材料為載體，負載Co并引入Mn、Cs等助劑，前驅體經干燥、氬氣焙燒后，在反應前于氫氣中高溫原位還原，形成穩定的Cs?O-Co?C-Co活性位點。

Rh基氫甲酰化催化劑以后負載法將Rh前驅體錨定于多孔有機聚合物（POPs）載體上，經洗滌、真空干燥后直接使用，無需還原，可實現烯烴的高效氫甲酰化轉化。

加氫催化劑（CuZrO?/SiO?、Sn改性Pt/TiO?等）采用氨蒸發法與超聲輔助浸漬法制備，Cu 基催化劑經干燥、焙燒與低溫氫氣還原活化，Pt 基催化劑經高溫還原處理，可在合成氣氣氛下實現醛類選擇性加氫，同時耐受 CO 中毒。

>>>>催化劑評價

合成氣制C??長鏈醇：在雙串聯不銹鋼固定床反應器中進行，第一段裝填Co基催化劑（210℃），第二段裝填Rh基氫甲酰化催化劑和/或加氫催化劑（140℃），壓力3~8 MPa，H?/CO進料比1.5。產物通過氣相色譜進行在線和離線分析，采用內標法和歸一化法定量，碳平衡控制在100±5%以內。

探針反應：包括戊醛加氫和水煤氣變換反應，用于評估加氫催化劑在合成氣氣氛下的抗 CO 中毒能力與副反應發生情況。反應在固定床反應器中進行，溫度140℃、壓力3.0 MPa，產物同樣采用氣相色譜分析。

>>>>表征與理論計算

采用PXRD、XPS、STEM、HRTEM、CO脈沖吸附等手段對催化劑的物相、形貌、表面電子態及CO吸附能力進行表征，ICP和XRF用于元素定量分析。DFT計算使用VASP軟件，PBE泛函，CI-NEB方法搜索過渡態，通過Bader電荷分析電子結構，以揭示反應路徑和催化劑作用機理。

實驗結果

>>>>合成氣高選擇性制含氧化合物/烯烴

以碳載鈷（Co/C）為基準催化劑，通過添加Mn、Cs等助劑進行優化，其中CoMnCs/C表現最佳。在210℃、3.0 MPa、H?/CO=2.0條件下，該催化劑可實現 C??含氧化合物 / C??烯烴總選擇性達73%，CO轉化率29%，同時顯著抑制CH?和CO?的生成。

表征結果顯示，Mn促進Co?C原位生成，Cs以Cs?O形式富集于Co顆粒表面，形成Cs?O-Co?C-Co界面結構。DFT計算表明，該界面可有效降低CO插入能壘、抑制深度加氫，從而提高含氧化合物和烯烴的選擇性。

>>>>多催化模塊間相互作用與兼容性

單Rh位點催化劑（Rh?/POPs）可將烯烴近乎轉化為醛（烯烴選擇性＜1%）。加氫篩選中，Cu/SiO?活性高但選擇性差；而 CuZrO?/SiO?在合成氣氣氛下表現出優異的醛加氫選擇性，并抑制烯烴加氫與CO?生成。

戊醛加氫探針反應表明，CuZrO?/SiO?的抗CO中毒能力源于Cu-ZrO?界面。DFT計算顯示該界面將醛加氫能壘從1.65 eV降至0.64 eV。水煤氣變換和CO脈沖實驗進一步證實，該催化劑在140℃、3.0 MPa下副反應極低，與氫甲酰化模塊兼容性良好。

>>>>集成催化體系工藝設計

將CoMnCs/C（合成氣-to-含氧物/烯烴）、Rh?/3v-POPs-PPh?（氫甲酰化）和CuZrO?/SiO?（加氫）三模塊串聯，在210℃/140℃、3 MPa、H?/CO=1.5條件下，實現了C??醇選擇性80%、CO?選擇性低于1%、CO轉化率17%的優異性能。總醇和C??醇的時空產率分別達到143和132 g·kgcat?1·h?1。

系統考察了H?/CO比、溫度、壓力和空速的影響。提高壓力（2→8 MPa）可使C??醇選擇性從60%升至80%，同時正異醇比從7降至3。在優化條件下，該集成系統連續運行130小時性能保持穩定。

ASF分布分析表明，C1-C3產物明顯偏離線性分布，鏈增長概率α從第一段的0.65提升至0.68（3 MPa）和0.72（8 MPa），證明氫甲酰化過程有效促進了碳鏈增長并抑制低碳產物生成。

>>>>合成氣制C??醇路徑對比分析

現有合成氣制C??醇主要有兩條路線：路線1采用Fe基費托合成生產C??烯烴，再經氫甲酰化和加氫，但CO?選擇性高達20-40%；路線2為直接合成高級醇，C??醇選擇性僅5-10%。本研究提出的三模塊串聯路線，在CO?選擇性僅約1%的同時，實現了80%的C??醇選擇性，顯著優于現有技術。

本工藝碳效率超過95%，氧效率達18%，遠高于傳統費托石蠟工藝（1%），大幅降低了CO原料成本和工業廢水排放。通過將殘余CO?與綠氫經逆水煤氣變換反應回收合成氣，該工藝有望接近凈零CO?排放。與現有路線相比，本方案顯著減少了產物分離、蒸餾和反應單元，具有明顯的節能和工藝簡化優勢。

討論

本文報道的催化體系在合成氣制高碳醇領域取得重要進展。成功構建了三段式集成串聯催化體系，通過精準設計Cs?O–Co?C–Co 催化單元 + 單 Rh 位點氫甲酰化 + CuZrO? 選擇性加氫，實現了合成氣高選擇性制 C??長鏈醇。

結果表明，通過精準催化劑設計與工藝集成，可顯著調控產物分布向 C??長鏈醇傾斜。優化條件下（H?/CO=1.5、流量 130 ml?min?1、210 ℃合成氣轉化、140 ℃氫甲酰化 / 加氫），體系實現 C??醇選擇性高達 80%，CO?選擇性僅 1%，CO 轉化率 17%，總碳效率 97%。

該體系解決了傳統路線選擇性低、副產物多、分離復雜的關鍵瓶頸，為合成氣定向制備高碳醇提供了新機理、新策略、新路線。

主要圖表

參考文獻

DOI：10.1038/s41467-026-70994-z