从现象挖掘本质 ， 研究团队提出了“界面限域催化”的概念 。 “碳纳米管限域”与“界面限域催化”共同构成了“纳米限域催化”概念中狭义限域和广义限域的两个方面 。
从概念到应用
包信和告诉采访人员 ， 近百年来 ， 为了以煤为原料获得乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃 ， 国际上普遍采用20世纪20年代德国科学家发明的费托合成技术 。 该技术首先让煤气化形成合成气 ， 在适当条件和催化剂的作用下 ， 再合成低碳烯烃或其他碳氢化合物 。
不过 ， 这个过程需要通过水煤气变换过程制备大量氢气来调节所需要的氢碳比例 ， 水耗高、能耗大 ， 在获得氢气的同时放出二氧化碳 。
随着纳米限域及界面限域概念的形成和完善 ， 包信和研究团队另辟蹊径 ， 将一氧化碳/氢气活化与碳-碳键偶联的活性中心分开 ， 让它们“各司其职” ， 实现催化过程中转化率和选择性的解耦 。
沿着这个思路 ， 研究团队将控制反应活性和产物选择性的两类催化活性中心分开 ， 创制出一种新型复合的双功能催化剂体系 。
实验结果令人十分振奋 ， 没想到思路的转变 ， 帮研究团队捅破了“窗户纸” ， 解决了一直困扰他们的问题 。
2016年3月 ， 《科学》杂志刊登了这一研究成果 ， 并同期刊发了以“令人惊奇的选择性”为题的专家评述文章 ， 认为未来该过程在工业上将具有巨大的竞争力 。
这项技术的创新之处在于将“活化”与“偶联”这两个本该“一气呵成”的过程分开 。
当从事相关研究20多年的德国一跨国公司资深研究人员了解到该研究后 ， 稍显沮丧地说：“这个点子为什么不是我们先想到的？”
包信和不无自豪地回答道：“你们想到的点子已经很多了 ， 也该轮到我们了 。 ”
其实 ， 早在2007年 ， 研究团队就提出采用双功能耦合催化剂体系 ， 探索合成气一步制烯烃的构想 。 长期以来 ， 研究结果一直在不断优化和进步 。
“直到积累了大量理论基础后 ， 才发现活性中心间的距离对双功能耦合催化体系至关重要 ， ‘距离’的确能产生‘美’ 。 ”潘秀莲说 。
回顾研究历程 ， 傅强感慨 ， 创新建立在长期的积累和扎实的基础之上 ， 有传承才能有创新 ， 先要有量的积累 ， 再有质的跨越 ， 最终实现从0到1的突破 。 这个过程中“坚持”非常重要 。
实验室优异的催化效果 ， 也让研究团队动了产业化的心思 。
包信和、潘秀莲领导的基础研究团队与中国工程院院士、大连化物所所长刘中民带领的应用开发研究团队合作 ， 很快完成了该成果的实验室验证 ， 与陕西延长石油（集团）有限责任公司合作 ， 建设了世界上首套基于该项创新成果的千吨级规模的煤经合成气直接制低碳烯烃工业试验装置 。 该装置于2019年完成单反应器试车 ， 催化剂性能和反应过程的多项重要参数超过设计指标 ， 总体性能优于实验室水平 。
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