东京大学研究生院工学系研究科的野崎京子教授与Pal特任教授等人发现，利用硼作为催化剂，便能在室温下进行连接一氧化碳形成烃链（石油成分）的反应。也就是说，通过使具备氢-硼键的物质共存，一氧化碳会连续插入碳-硼键中，形成烃链（石油成分）。该反应是FT法的关键步骤。FT法（费托合成法）是通过合成气（一氧化碳与氢的混合物）形成烃链的反应，用于合成人造石油。目前以铁和钴等重金属为催化剂，在高温高压的反应条件下进行合成。
合成气现在主要利用煤炭或天然气来生产，也可以利用二氧化碳和氢制造，利用此次的研究成果开发的高效FT法有望应用于利用二氧化碳制造石油的工艺。
FT法利用合成气（一氧化碳和氢的混合物）制造代替石油的合成油，最初是1920年代在德国开发出来的。合成气一般以煤炭、天然气和水为原料制造（图1）。这样获得的人造石油不含天然石油含有的硫等杂质，因此不会引起酸雨等问题。最近，随着2000年代开始的页岩气革命，美国能够获得大量的天然气，FT法作为其利用方法被重新审视。另外，如果能利用可再生能源轻松获得氢，那么使用二氧化碳和氢也能制备合成气，因此FT法作为利用二氧化碳制造人造石油的关键技术备受关注。
图1：利用FT法制造人造石油的原理
目前FT法的催化剂一般使用铁和钴等重金属，而且还还需要高温高压等反应条件（最低也要达到200℃以上），因此能源消耗量较大，需要进一步提高效率。此次，东京大学野崎研究室（Phanopoulos博士、Pal特任助教、川上博士、野崎教授）发现，不使用任何重金属就能实现FT法的关键反应，使用硼（石头成分）代替重金属，可在室温下实现碳链伸长（图1）。由于还原剂使用氢化硼而不是氢，因此目前还无法完全取代FT法的催化剂（图2），但此次的发现为设计全新的催化剂指明了方向，今后有望加速推进旨在实现可持续发展工艺的研究。
图2：在存在氢化硼的情况下，多个一氧化碳插入烷基硼中，观察到烷基链伸长。
论文信息
题目：Heavy Metal-Free Fischer-Tropsch Type Reaction: SequentialHomologation of Alkylborane Using a Combination of CO and Hydrides as Methylene Source
期刊：Journal of the American Chemical Society
URL：pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06580
文：JST客观日本编辑部
