小中大胶囊催化剂：搞科研就要不信邪
2009年5月5日，日本富山大学的范立教授在煤转化国家重点实验室作了一个学术报告。报告中，范立教授介绍了他们课题组在碳一化学方面开展的几方面工作。其中，他们提出的“胶囊催化剂”的概念，我觉得非常有意义。
现在煤变油在新闻媒体出现的频率很高。实际上，煤变油有直接液化和间接液化两种。在后一种方式中，先将煤转化为合成气(CO+H2)，再经催化剂转变为油。催化剂一般为铁或者钴，它们的作用是将C-O化学键断开，形成-CH2-基团，然后再将-CH2-基团通过C-C键连成长链烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷……，一直可到50个碳以上。我们知道，烷烃链太长的话，就形成了蜡。而且，直链烷烃作为燃料也存在许多问题，还需要进行异构化反应，将长链切短，再接上一些侧链，才能成为真正的汽油。因此目前工业上采用两段法，一段铁或钴催化剂先将合成气转变为长链烷烃，二段采用分子筛催化剂使长链烷烃异构化。为了使过程工艺更加简单，人们自然想到能不能将两种催化剂混合在一起，从而将两段法变为一段?到底有多少人这样试过，恐怕已无法统计。因为，结果虽然有些改善，但远没有达到汽油的要求，谁也不愿意把这样的结果拿出来示人。
按说，有许多人已经证明此路不通，而且工业上两段法也运转了几十年了，谁还要再劳神费力地去想把两段变一段的话，恐怕真得去医院检查检查自己的脑子是否有毛病了。可是科学家中偏偏就有这种不信邪的人，富山大学的范教授就一直在琢磨这件事。改进了各种混合方法后，产物中总有许多长分子链的烷烃。这些漏网的长链分子就像长着眼睛一样，在黑漆漆的催化剂床层中穿过，而没有误入到星罗棋布的分子筛魔窟中。有一天，范教授突然灵机一动：你们这些长链分子不是能从催化剂床层中绕出来吗?我现在用分子筛把你们全都包起来，看你们还能不能跑出来?有了一个奇妙的想法后，实现起来并不都是困难重重的。他们先按照做钴催化剂的方法做成黄豆粒大小的钴催化剂颗粒，然后再在这些催化剂颗粒外面包上一层分子筛，形成了一种胶囊催化剂。
将这样的胶囊催化剂装入反应器一试，果然效果非常好。因为长链烷烃只能在胶囊里面的钴催化剂上形成，要跑出来则必须通过分子筛膜，而通过分子筛就会发生异构化反应。因此，反应产物被限制在一个很窄的分布上，从而达到了将两段催化剂合二为一的目的。这个工作发表在化学类顶级杂志、德国的《应用化学》(Angew. Chem. 2008, 120, 359-362)上。
这个故事再次说明，新颖的想法在科研工作中的重要性，而要产生这样的奇思妙想，则必须长时间专注于自己想要解决的问题。也就是说，机会只偏爱有准备的头脑!
