合成气高效转化：
从低效碳利用到精准催化
石油长期以来是燃料与化学品生产的主要原料，但煤炭、天然气和生物质等替代资源的开发日益受到关注。这些资源通过气化生成合成气（CO/H2混合物），随后利用费托合成(FT)技术进一步转化。然而，传统FT工艺虽在燃料生产中成熟，却在化学品合成领域面临挑。以线性α-烯烃（LAOs）为例，其当前主要通过乙烯低聚制备，而现有高温FT工艺虽可直接从合成气制取LAO，但碳原子利用率低下，产物中C2-C4烯烃占比过高，目标产物C5-C10 LAO收率不足，同时伴随大量CO2排放。
研究团队创新性地采用纯相χ-碳化铁（χ-Fe5C2）催化剂，成功突破上述瓶颈。该催化剂在290°C下的活性较传统FT制烯烃催化剂（需320°C以上）提升1-2个数量级，并能在工业条件下稳定运行200小时，实现51%的碳基选择性生成C2-C10 LAO，同时将CO2选择性降至9%。此外，其优异性能在250-320°C宽温域内均保持稳定，展现出工业化应用的巨大潜力。
先进的球差校正环境透射电子显微镜能在原位条件下，深入探究费托催化剂在反应过程中的活性相变化。具体而言，环境电镜能够精确测量催化剂晶粒尺寸、晶体结构以及元素分布的实时动态，这些参数均会随着反应条件（如气氛组成、温度等）的调整而发生变化。通过环境电镜，在接近真实反应环境的条件下（包括特定的气体氛围和加热条件），我们能够直接观察并记录催化剂晶体结构与物相的空间演变，为揭示催化剂的反应机理提供了强有力的证据。
蒋复国研究员
北京低碳清洁能源研究院
原位观察催化机理：
环境电镜揭示动态过程
研究团队利用Thermo Scientific? Titan ETEM G2球差校正环境透射电子显微镜（ETEM），实现催化剂碳化过程的原子级原位观测[1]。实验在合成气（H2/CO=30/1）、500帕压力及350°C条件下进行。结果表明，雷尼铁纳米颗粒的碳化始于内部，逐步向外扩展，30分钟内即可完成从氧化层包裹态到纯相χ-Fe5C2晶体的转变。这一动态过程为精准设计调控催化剂提供了关键数据支撑。
图1 纯相χ-Fe5C2形成的ETEM研究。[1]
这是赛默飞球差校正环境透射电镜助力央企发表的首篇Nature论文，该研究成果提出的“纯相碳化铁催化剂体系”新理论，将引领线性α-烯烃产业链的高端化跃升。
技术革新：
Spectra ETEM推动催化研究新纪元
值得一提的是，本研究采用的球差校正环境透射电子显微镜(ETEM)正随着设备升级不断突破极限。Thermo Scientific? Spectra ETEM是最新一代球差校正环境透射电子显微镜，其凭借以下革新设计，成为催化研究的利器：
兼容各种全新表征高灵敏度探测器与低剂量表征技术：
Panther STEM、iDPC、EMPAD、Ceta-S、Falcon 4i……
远程操作平台，使科研人员进一步免于气体危害。
配备有单色器的超亮热场场发射电子枪，可简便准确地控制电子剂量。
搭配双球差校正器，进一步拓展环境透射电镜的表征能力。
进一步优化气体控制系统，搭配了3 个不同的气体入口，并可预设分压。
独一无二的极靴内无窗高压气氛环境，可在S/TEM模式提供最佳衬度和分辨率。
出色的 ETEM 真空系统与大极靴设计，兼容大角度双倾杆与种类丰富的原位样品杆。
非 ETEM 模式（高真空模式）下可达到常规Spectra球差校正平台的性能指标。
未来，Spectra ETEM有望帮助科学家在能源材料、纳米催化等领域推动更多颠覆性发现，加速实验室成果向工业化应用的转化。
（*文章转自公众号：赛默飞电子显微镜）
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