作者：姜秀美（中国科学院大连化学物理研究所）

能源是一切物质需求之首，我国能源结构特点为富煤少气缺油，煤炭作为主要能源的状况在未来较长时期内不会发生根本性改变。如何将煤和天然气等非石油资源高效清洁地转化为必需化学品和燃料，对我国具有极为重要的战略意义。

我们都知道，一氧化碳分子由一个碳原子C和一个氧原子O构成，氢气由两个氢原子构成，均为极其简单的分子。不过，以一氧化碳和氢气为主要组分的混合气体——合成气，却大有用途。

合成气是用于生产合成液体燃料、合成氨和甲醇的中间体，故名为合成气。生产合成气的原料广泛，从煤、生物质、粪肥到焦炭、天然气等，几乎所有含碳氢的物质都可以经过气化生成合成气。

由于原料来源不同、气化方式不同（与水蒸气、二氧化碳或是氧气反应），一氧化碳和氢气的比例也不同，因此合成气中会含有二氧化碳等其它杂质。

催化剂的作用

随着科学技术的发展，合成气已经成为煤、天然气、生物质等资源高效清洁利用的重要场所。合成气可以转变为经济发展和人民生活所需的烯烃、汽油、柴油、蜡和醇等一系列重要基础化学品和清洁能源。

然而，在常温常压条件下，合成气中的一氧化碳和氢气是稳定的，不会发生变化。一旦将合成气通入到催化剂上，在一定温度条件下，催化剂即可催化这些气体分子发生反应。

催化剂（catalyst）这个词来源于希腊文，其含义是“松弛”，Catalyst翻译成“触媒”，字面上的含义就是“媒人”。催化剂在反应过程中不被消耗而只是作为“媒人”把反应物聚集到一起，使反应物之间发生变化，这位“媒人”的能力与其特质（即催化剂的组成和结构）相关，可以直接决定反应以何种速率、何种方式进行，即反应的快慢和最终产物分布。

下面以三个工业乃至社会发展历史中极其重要的过程：合成气制氨、合成气制液体燃料（如汽油）[1]以及正在研发的合成气制低碳烯烃的新技术为例，介绍合成气小分子的大用途。

合成气制氨

早在年，人们就已经开始从合成气中生产氨，现在氨已成为最大吨位的化工产品。全球氨产量的80%用作农业肥料的生产，通过氨获得的农业肥料可以使粮食增产超过40%。

Haber-Bosch发明的催化合成氨技术被认为是20世纪催化技术对人类的最伟大的贡献之一。从20世纪初该技术发明到现在，地球上的人口增长了4.5倍，而粮食的产量却增长了7.7倍。如果没有这项发明，地球上将有50%的人不能生存，我国也不可能以占世界7％的耕地养活占世界21%的人口[2]。

由于合成氨反应的重要意义和巨大的挑战性，这个反应无论在基础理论研究还是实际工业应用方面都得到了物理化学家广泛的







































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