費托合成反應将來源于煤炭、生物質和頁岩氣的合成氣(CO/ H2)轉化為液體燃料和化學品，因其具有替代石油制備燃料和化學品的能力受到廣泛關注。目前用于工業生産的費托合成催化劑需要在較高反應溫度實現高活性，導緻生産過程的能耗較大，經濟效益受到影響。因此，開發在較低溫度下即具有高活性的催化劑是目前費托合成研究的熱點。
最近，beat365馬丁課題組、張亞文課題組以及中國科學技術大學李微雪課題組合作，在深入理解費托合成活性中心的基礎上，設計出低溫下即具有極高反應活性的fcc相Ru納米粒子催化劑。該研究工作首先使用DFT理論計算了fcc相與hcp相Ru的Wulff平衡結構模型裡各個表面的CO解離勢壘。CO解離通常被認為是費托合成的決速步，而CO解離勢壘的大小可以反映出催化劑的費托合成活性。計算結果表明hcp相Ru（0001）面的Step-B台階位具有最低的CO解離勢壘，但在真實納米粒子體系中較難暴露，而fcc相Ru具有（100）、（211）面以及（111）面Step-B台階位等一系列CO解離勢壘較低的表面，有可能具有非常好的費托合成催化活性。 根據DFT計算結果，設計合成了以fcc相Pt納米晶為核，外延生長fcc相Ru的Pt-Ru core-shell結構納米催化劑。該催化劑在393-433 K的較低溫度下即表現出遠高于hcp相Ru的費托合成催化活性，433 K下活性可達37.8 molCO·molRu-1·h-1，這是目前相同溫度下報道的活性最高的費托合成催化劑。同時該催化劑也具有非常好的産物選擇性與穩定性。經過對催化劑結構的詳細表征，利用STEM、XAFS、XRD等手段對該fcc Pt-Ru納米催化劑的結構進行了模拟重建，證實了該催化劑具有超高活性位密度，表面大量暴露Ru（100）、（211）以及（311）等具有優異的CO活化能力的結構， 其活性位密度是此前最好的hcp Ru催化劑的1-2個數量級以上。證明了fcc Ru催化劑相比hcp Ru具有更好催化性能的本質是具有更密集的催化活性位點。
該研究工作近期已在Journal of the American
Chemical Society (2017, doi: 10.1021/jacs.6b10375)上發表。這一工作對于費托合成反應的研究以及納米催化劑的設計合成具有重要意義。
此前，馬丁課題組通過界面堿金屬修飾Fe5C2催化劑電子結構實現費托合成高選擇性生成烯烴(Angew.
Chem. Int. Edit., 2016, 55, 9902)，以及通過表面氧調控扭轉Ni系合成氣轉化催化劑選擇性(Angew.
Chem. Int. Edit., 2016, 55, 4215)也進行了深入的研究工作。
以上研究受到國家自然科學基金委和科技部資助。
圖1 fcc相Ru納米催化劑電子顯微鏡圖像（左）；fcc相Ru催化劑與hcp相Ru催化劑催化活性對比（右）
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