從30%降至不足1%，微量的改變卻能引發一場
化工業的綠色革命。
費托合成（Fischer–Tropsch synthesis,FTS），是我國“富煤、貧油、少氣”資源稟賦下生產烷烴、烯烴等燃料和工業原料的關鍵技術。其中烯烴是塑料、橡膠和纖維等基礎材料的重要原料，在現代化工生產中占據核心地位。
據了解，目前工業上高度依賴鐵基催化劑的費托合成，其最大缺陷是在典型條件下，合成氣中的碳源，一氧化碳有高達18%至35%被轉化成二氧化碳廢氣。每生產1公斤烯烴，就要在費托合成環節排放0.5公斤左右的二氧化碳，這既造成了巨量
碳排放，也是對碳資源的巨大浪費。
如今，這一阻礙“雙碳”目標的痛點，已經由
北京大學化學與分子工程學院馬丁教授與中國科學院
山西煤炭化學研究所溫曉東研究員主導的聯合團隊突破，并正在走向工業化落地。
聯合團隊通過向鐵基費托合成反應氣體中添加百萬分之一濃度的鹵素化合物，成功將二氧化碳副產物從傳統工藝的30%左右降至1%以下，實現“近零碳排放”，同時將高附加值烯烴產率提升至85%以上，為綠色合成氣轉化和低碳化工制造提供了新策略。
“這就像在烹飪中加入一滴‘分子級調味料’。”溫曉東說，這項成果的核心是對費托合成復雜反應網絡的“精準調控”。
團隊青年學者劉興武進一步介紹，工業鐵催化劑表面同時存在生成烴類的主反應路徑和生成二氧化碳的副反應路徑，團隊發現了一種高效簡單的選擇性抑制方法：在原料合成氣中加入百萬分之一（ppm級）的鹵代甲烷（如溴甲烷），即可近乎完全抑制副反應路徑。
為了獲得這一解決費托體系長期存在的高二氧化碳副反應
問題的關鍵突破，自2009年建組以來，馬丁領導的團隊就開始深入研究費托合成反應的催化劑及其構效關系。2024年，馬丁團隊與溫曉東團隊緊密合作，形成了從催化劑合成、反應評價到反應機理研究、催化劑表征、理論計算的完整研究體系。
盡管擁有扎實基礎，團隊在研究推進過程中仍遇到多重挑戰。馬丁回憶，以往一些結構調控策略，如使用疏水二氧化硅包覆等，仍然會生成10%－13%的二氧化碳，且常伴隨活性下降，難以從根本上解決問題。因此，他們將注意力轉向在其他催化體系中常被視為“毒物”的鹵素。
溫曉東告訴中青報·中青網記者，團隊中的青年學者和博士生為研究工作作出了突出貢獻。
在傳統認知中，鹵素往往被視為會毒化鐵基催化劑的“抑制劑”，通常會導致活性顯著下降。然而在一次常規實驗中，劉興武意外觀察到微量鹵素并未造成失活，反而表現出與傳統理解不一致的正向作用。基于在鐵基費托體系上長期的研究積累和對反應特征的敏感判斷，劉興武第一時間意識到這一“反常現象”可能具有重要科學意義，并組織進一步的驗證工作。
在劉興武的指導下，博士生蔡毅圍繞關鍵條件開展了系統實驗，對比不同鐵基活性相的響應，最終確認微量鹵素能夠選擇性抑制二氧化碳副反應而保持費托主反應的活性。隨后團隊進一步明確：只有在ppm級的微量范圍內，鹵素的這一獨特調控效應才會穩定顯現。
在確認這一現象后，團隊仍需回答一個更本質的問題：鹵素究竟是如何改變催化劑表面反應路徑的？
“如果不能回答這一問題，就無法完全建立其科學性。”馬丁說。
為此，馬丁的博士生王茂林利用瞬態動力學等先進實驗手段，揭示了鹵素抑制多個副反應基元步驟的機理，從根源上切斷了二氧化碳的形成路徑，成為理解調控機制的關鍵證據。
最終，這一突破性成果的論文于2025年10月30日發表于《科學》（Science）期刊。
值得注意的是，這已是馬丁團隊一年內第二項發表于《科學》的相關成果。今年2月，團隊發布了零碳排放的工業制氫新方案；此次“近零碳排放”費托合成則攻克了傳統化工過程的排放
難題。
“光有‘綠氫’還不夠，如果費托合成中三分之一的碳仍以二氧化碳形式排出，那是對‘綠氫’的巨大浪費。”馬丁表示，這項研究補上了關鍵一環。
在馬丁看來，此類原創成果反映了我國科研體系對解決關鍵問題的重視，也推動科研范式從“追趕”向“引領”轉變。
展望未來，這項近零碳排放費托合成技術的工業化前景同樣值得關注。馬丁介紹，這一策略具有良好的普適性，對現有商業催化劑同樣有效，無需更換催化劑或反應器，只需在原料氣中加入ppm級鹵代物即可。此外，催化劑在不同條件下可連續穩定運行450小時以上，且操作簡便，在乙烯環氧化等成熟工業體系中也已有類似微量調控策略的成功先例。
曾經，依賴傳統工藝的費托合成讓人們的生活建立在高碳排放的物質基礎上；如今，由我國科學家提出的“原創答案”讓煤化工生產烯烴的產業煥發“低碳新生”，這一成果為提升碳效率提供了關鍵的底層技術。
