项目基于微平衡调控理论，首次提出对催化剂“无损”的物理方法提升其性能，创造性地利用疏水聚合物助剂强化水分子扩散，打破催化剂表面的吸-脱附平衡，实现了在百年经典反应——费托合成的性能突破。

Based on the theory of regulating the micro equilibrium, the project proposed for the first time a "non-destructive" physical strategy to improve the performance of heterogeneous catalysts, and creatively used hydrophobic polymer additives to enhance the diffusion of water molecules. As a result, this route broke the adsorption-desorption equilibrium on the catalyst surface, significantly improving the performances of the Fischer-Tropsch synthesis, a classical reaction studied for more than 100 years.

浙江大学沸石分子筛催化材料研究团队以肖丰收教授为学术带头人，主要围绕新型沸石分子筛的研制、绿色合成和放大制备及其在能源、精细化学品和环境领域的高值应用等方面开展工作。

肖丰收，浙江大学求是特聘教授，博士生导师。研究领域包括沸石分子筛的绿色合成、针对能源和环保的沸石催化剂开发。在Science, Nat. Catal., Chem, J. Am. Chem. Soc. Angew.等高水平杂志上作为通讯作者发表多篇论文，他引超25000余次，曾获国家杰出青年科学基金、教育部自然科学二等奖、教育部优秀青年教师、跨世纪优秀人才、中国分子筛成就奖、Thomson Scientific卓越研究奖、浙江省技术发明一等奖等多项奖励与荣誉。
 

王亮，浙江大学“百人计划”研究员，博士生导师。主要研究纳米与多孔催化材料及其在碳资源转化与精细化学品合成方面的应用。以通讯/第一作者身份发表论文多篇(包括Science, Nature Catal., J. Am. Chem. Soc., Nature Commun., Angew. Chem., ACS Catal.等)。获得中国化学会青年化学奖，国家自然科学基金优青项目和浙江省自然科学基金杰青项目资助。
 

王成涛，浙大大学博士后，主要从事分子筛材料合成与CO/CO2选择性转化研究。以第一作者/共同一作发表论文十余篇（包括Science，Nat. Nanotech.，J. Am. Soc. Chem.，Chem等）。获国家奖学金，浙江省优秀毕业研究生，浙江省优秀博士学位论文，入选中国博士后创新人才支持计划，获国家自然科学基金青年项目和博士后面上项目资助。

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图1 反应性能对比

图2 水分子快速转移

车水马龙的路面，为了避免堵塞，交警需要实时关注路况，及时疏导交通。当科学家用交警的“眼睛”去审视化学反应时，他们有了新的发现。浙江大学肖丰收教授团队针对费托合成这一煤化工领域的经典反应，在催化体系中物理混入一种超疏水材料，用于快速移除聚集在催化剂表面的水分子。这种“转运助手”为催化剂表面动态清理出更丰富的反应位点，同样反应条件下让合成气制低碳烯烃的效率提升一倍，展现出良好的工业应用前景。

费托合成是指以合成气（一氧化碳和氢气混合气）为原料合成碳氢化合物的过程，因1923年发明这一方法的两位德国化学家的名字而得名。费托合成开辟了从煤炭中获得重要工业原料的路线，诞生近100年来，它帮助人们实现了从煤炭中获得燃料和精细化学品,在缓解石油依赖方面发挥了重要作用。由于我国富煤和贫油的能源结构特点，费托合成显得愈发重要。目前，我国费托合成制油已经实现了工业生产。

百年以来，科学家和工程师们对费托合成的工艺过程已进行了多次创新、改进，但要实现该过程的低成本、高效率进行，仍存在许多挑战。经过反复推敲，研究团队找到了一个新颖的突破口：催化剂表面的微平衡。团队发现，包括费托反应在内的许多化学反应过程中产生的水是限制效能的一大因素。“反应过程中产生的水分子‘待’在催化剂表面，会遮蔽掉催化剂表面的一部分活性中心，限制了催化活性。”王亮表示，“当前的生产过程还没有特别简单、有效的办法来消除水的负面作用。我们于是思考，如何让催化剂表面的水分子及时离开。”

让水快速移动，研究团队想到了夏天茂盛的荷叶。“雨点落到荷叶时会快速滚落，这得益于荷叶表面的超疏水性能，而普通的叶子则没有这种疏水的效果，雨滴经常挂在叶面上。”其实早在2009年，团队就受荷叶启发研发出一种超疏水的高分子材料聚二乙烯基苯(PDVB)，“我们利用它亲油疏水的特性，用于河流湖泊表面油类污染物的快速清除。”肖丰收教授介绍。而在本次研究中，研究团队发现它的疏水特性能够很好地起到在催化剂表面快速“转运”水分子的作用。

团队进一步研究发现，疏水助剂的加入，在催化剂颗粒之间开辟了许多快速导水通道，较普通催化剂大幅提升了水的扩散速率(图2)。值得一提的是，“转运助手”的工作方式非常简单，只需要把催化剂颗粒和疏水高分子颗粒物理混合即可，两者之间并不发生化学反应，催化剂本身的结构没有变化，是一种对催化剂本身“无损”的修饰方法。

这样一来，“转运助手”为催化剂表面清理出更大的活性区域，以发挥更好的催化性能。经过这一优化，反应过程中一氧化碳的转化率提升到无疏水助剂体系的两倍左右，达到63.5%。同时，烃类产物中低碳烯烃的选择性达到71.4%。

催化剂表面一个小小的平衡，有可能影响到千万吨级的生产线。研究团队认为，这是在化学理论与化学工程之间进行的一次思考与探索。工业生产中，90%以上的过程都需要有催化剂的参与，“催化剂表面微平衡调控”的设计理念，将为多相催化体系提供更多的设计思路。