天津大学李新刚/张启成/程庆鹏，发表JACS！

Fischer-Tropsch合成(FTS)是一种重要的非均质工业反应，用于合成气(CO和H₂的混合物)转化为液体燃料。它涉及多个步骤，包括CO解离和氢化成C₁单体，这些单体通过C-C偶联生长，然后氢化成烃类。其中，CO解离是确定催化剂FTS效能的关键步骤。金属催化剂，如Ru/TiO₂，通常用于FTS。

有研究报道，暴露的Ru位点通过削弱Ru/TiO₂上的强金属-载体相互作用(SMSI)，表现出比界面Ru位点更高的效能。然而，有报道基于密度泛函理论(DFT)计算结果证明了相反的结论，这些计算结果涉及界面Ru位点CO解离的下限。这种差异可能源于SMSI的特性，它不可避免地诱导动态振荡的三晶系统，即氧空位(O_v)、界面和暴露的金属位点，这是通过在金属位点上封装一定程度的可还原金属氧化物载体来确定的。到目前为止，由于反应过程的复杂性和各种活性位点，FTS中CO解离的机制仍然存在争议。

近日，天津大学李新刚、张启成和程庆鹏等成功构建了高效的Ru/TiO₂催化剂，用于通过FTS合成长链烃类化合物，其特点是一种由O_v、Ru_I^δ+和Ru_E⁰位点组成的“装配线”催化结构。在这个“装配线”催化系统中，每个位点都具有特定的功能，高效精确地完成关键反应步骤。

研究结果表明，O_v在调节Ru_I^δ+/Ru_E⁰位点的比例方面发挥着关键作用，其中Ru_I^δ+来源于Ru_I^δ+-O_v-Ti³⁺构型。在O_v和加氢能力的帮助下，Ru_I^δ+位点具有优异的C-O键解离能力，而表面暴露的Ru_E⁰位点表现出增强的C-C偶联能力。每个位点的最佳协调确保了CO活化、加氢和碳链生长的增强，最终提高了长链烃类生产的整体效率。

因此，在220 °C、2 MPa、8 L g_cat^-1 h^-1、H₂/CO=2的反应条件下，优化的Ru/TiO₂-6h催化剂表现出优异的FTS活性，CO转化速率高达180.8 mol_CO mol_Ru^-1 h^-1，同时保持超高的C₅₊选择性(90.1%)，C₅₊产物时空收率(STY)为162.9 mol_CO mol_Ru^-1 h^-1。

此外，在稳定性测试中，催化剂在连续运行100小时内保持良好的FTS活性，稳定性测试后材料中的Ru NPs尺寸仅发生轻微变化。综上，该项研究不仅清楚地揭示了多个活性位点之间的协同相互作用，还为在复杂的异质催化系统中实施有效的装配线策略提供了参考。

Highly efficient assembly-line production of long-chain hydrocarbons via Fischer-Tropsch synthesis over Ru/TiO₂ catalysts. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c02684