线性α-烯烃（LAOs）是生产各种高价值化学品和材料的重要化学中间体，特别是含有4个以上碳原子的长链LAO，具有很高的经济价值。我国在聚合级C8以上长链LAO的生产技术，需要的原材料完全依赖进口。费托合成工艺提供了一条替代途径，可直接从天然气、煤炭和生物质等原料中获得的合成气（CO和H₂的混合物）中转化生成LAO，但CO₂选择性较高。北京低碳清洁能源研究院王鹏团队开发了新型相纯χ-Fe₅C₂催化剂，提高了合成气制备LAOs的活性和选择性，同时最大限度地减少了CO₂的产生。高精尖中心王荣明教授团队运用环境透射电镜（ETEM）承担了χ-Fe₅C₂的原位制备和原子尺度精确表征工作。相关成果：“Efficient conversion of syngas to linear α-olefins by phase-pure χ-Fe₅C₂”发表在Nature《自然》期刊上。

 ETEM原位观察纯相χ-Fe₅C₂的形成过程。

从Raney Fe出发，通过精确控制预处理与碳化条件，首次成功合成了纯相χ-Fe₅C₂碳化物。ETEM技术能够实时跟踪χ-Fe₅C₂在碳化过程中的形成。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像及反傅里叶变换结果显示，钝化后的Raney Fe最初以结晶α-Fe颗粒形式存在，表面被无定形氧化铁层包覆。在1200 Pa、350 °C、H₂/CO=30的条件下，χ-Fe₅C₂逐渐生成。图1b-I显示，该转化首先在Raney Fe的内层发生，随后扩展至整个区域，30分钟后完成转化。χ-Fe₅C₂晶粒沿（311）方向成像，特征晶格间距约为2.7 Å（图1II）。这种相纯χ-Fe₅C₂催化剂通过活性相设计从根本上提高了催化活性和碳效率，为全碳数LAO合成提供了全新技术路线。该技术的成功研发对推动线性α-烯烃产业链向高端跃升具有重要战略意义。

作者简介：王荣明，教授，国家“百千万人才工程”入选者，国务院政府特殊津贴专家。长期致力于先进材料界面结构的精细设计、调控、表征及性能研究，主持多项国家级重点项目。曾获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖等。出版学术专著4部，发表论文300余篇，被引超过16,000次，H因子64。现任磁光电复合材料与界面科学北京市重点实验室主任，兼任中国材料研究学会特邀常务理事、纳米材料与器件分会副理事长等职务。

Peng Wang, Fu-Kuo Chiang, Jiachun Chai, A. Iulian Dugulan, Juan Dong, Wei Chen, Robin J. P. Broos, Bo Feng, Yuanjun Song, Yijun Lv, Quan Lin, Rongming Wang, Ivo A. W. Filot, Zhuowu Men & Emiel J. M. Hensen, Efficient conversion of syngas to linear α-olefins by phase-pure χ-Fe₅C₂, Nature (2024) https://doi.org/10.1038/s41586-024-08078-5

该项工作得到了国家自然科学基金重点项目(12034002)的资助。