自持振荡现象的突破性发现有助于改进燃料生产

华盛顿州立大学的研究人员在了解费托合成工艺方面取得了重大突破，这是一种将煤、天然气或生物质转化为液体燃料的关键工业方法。与许多保持稳定状态的催化反应不同，他们发现费舍尔-特罗普希过程表现出自我维持的振荡，在高活性和低活性状态之间交替进行。

发表在《科学》（Science）杂志上的这一发现为优化反应速率、提高所需产物的产量提供了可能性，从而有可能在未来实现更高效的燃料生产。

通讯作者、西悉尼大学吉恩和琳达-沃兰德化学工程与生物工程学院的沃兰德特聘教授诺伯特-克鲁斯（Norbert Kruse）说："通常情况下，由于安全问题，化学工业不希望出现温度变化很大的速率振荡。在目前的情况下，振荡是可控的，而且在机理上也很好理解。有了这样一个实验和理论上的理解基础，研发方法就会完全不同 - 这就让我们真正拥有了一种基于知识的方法，而这将大有帮助。"

重新思考催化剂设计

尽管费托合成工艺常用于燃料和化学品生产，但研究人员对这一复杂的催化转化过程的工作原理却知之甚少。该工艺使用催化剂将氢气和一氧化碳这两种简单的分子转化为长分子链，也就是日常生活中广泛使用的碳氢化合物。

一个多世纪以来，燃料和化工行业的研发工作一直采用试错法，而现在，研究人员将能够更有意识地设计催化剂，并调整反应以引发振荡状态，从而提高催化性能。

研究生张锐向克鲁泽提出了一个问题：他无法稳定反应的温度，在此之后，研究人员偶然发现了振荡现象。当他们一起研究时，发现了令人惊讶的振荡。

研究人员不仅发现了反应会产生振荡反应状态，还发现了其原因。也就是说，当反应产生的热量导致温度升高时，反应物气体会失去与催化剂表面的接触，反应速度会减慢，从而降低温度。一旦温度足够低，催化剂表面的反应气体浓度增加，反应速度又会加快。因此，温度升高，循环结束。

理论与实验趋同

在这项研究中，研究人员在实验室中使用一种常用的钴催化剂，通过添加氧化铈进行调节，演示了该反应，然后对其工作原理进行了建模。合著者之一、布鲁塞尔自由大学的皮埃尔-加斯帕德（Pierre Gaspard）制定了一个反应方案，并从理论上强加了周期性变化的温度，以复制反应的实验速率和选择性。

通讯作者、西悉尼大学沃兰德学院摄政教授王勇（Yong Wang）说："我们能够从理论上建立模型，这真是太美妙了。理论数据和实验数据几乎吻合"。

克鲁泽研究振荡反应已有30多年。费舍尔-特罗普希反应振荡行为的发现非常令人惊讶，因为该反应在机理上极其复杂。

克鲁泽说："我们在研究中有时会遇到很多挫折，因为事情并没有按照你想象的那样发展，但也有你无法描述的时刻。这太有成就感了，但用'成就感'来形容取得这一重大突破时的激动心情又太无力了。"