K助劑是費托合成鐵基催化劑不可或缺的重要組成部分，長期以來國際上對K助劑作用機理的認識一直處于混沌的“黑箱”狀態。

近日，中國科學院山西煤炭化學研究所、中科合成油技術有限公司的合成油科研團隊從理論上闡明了費托合成鐵基催化劑的關鍵助劑K對活性相表面結構的調變作用，這對高性能煤制油催化劑的研制具有重要的指導作用，該工作最近發表在德國《應用化學》（Angew Chem Int. Ed. 2011, 50, 7403 –7406）上。這是該團隊繼發現甲烷形成的反應能與有效勢壘分別與鐵碳化物表面C原子的電荷及表面的d帶中心能量線性相關 (JACS, 2009,131 (41) :14713-14721) 后的又一重要理論突破。

眾所周知，大多數多相催化劑均需添加一定量的堿金屬助劑來獲取最佳的催化活性和選擇性，其中費托合成和合成氨催化劑就是最典型的例子。在過去幾十年內，大多數實驗和理論工作集中于金屬K與CO在金屬表面共吸附體系的電子效應研究，提出給電子作用、極化誘導作用、靜電相互作用等觀點。但金屬K和催化體系中“真實助劑狀態”的氧化態鉀具有完全不同的電子結構，且K的電子效應通常為短程作用，基于電子效應的各種觀點均不能合理解釋為什么微量K助劑對催化劑活性和選擇性會產生顯著影響。

合成油團隊基于密度泛函理論和實驗研究首次揭示了K助劑的一個重要作用是調變鐵微晶的晶面取向。鉀助劑(K2O)對Fe(110), (100), (111), (211), (210), (321), (310)面具有不同程度的穩定化作用，隨鉀含量的變化，上述表面的相對穩定性發生改變，因此改變了鐵微晶在不同晶向的相對生長速度，使得鐵微晶暴露更多的高活性晶面。對于不含鉀助劑的催化劑，主要暴露Fe(110)面，隨鉀的添加，(110)和(100)面占鐵微晶總表面的比例減少，而高活性晶面(211)和(310)的比例增加。該研究結果不僅對認識多相催化助劑效應提供了一個全新的視角，而且為高活性、高選擇性、晶面取向可控催化劑的構筑提供了強有力的理論指導。

該項工作是在國家自然科學基金重大項目、國家杰出青年基金、國家科技部863項目等支持下完成的。

（相宏偉）