華盛頓州立大學的研究人員在費托合成過程中發現了自持振盪現象，這是一種將煤、天然氣或生物質轉化為液體燃料的關鍵工業方法。這項突破揭示了反應中的振盪行為而非穩定狀態，可能會帶來更有效率、更可控的燃料生產。這項發現為化工產業的催化劑設計和製程優化提供了一種基於知識的新方法。

華盛頓州立大學的研究人員在了解費托合成過程方面取得了重大突破，這是一種將煤、天然氣或生物質轉化為液體燃料的關鍵工業方法。與許多保持穩定狀態的催化反應不同，他們發現費雪-特羅普希過程表現出自我維持的振盪，在高活性和低活性狀態之間交替。

發表在《科學》（Science）雜誌上的這項發現為優化反應速率、提高所需產物的產量提供了可能性，從而有可能在未來實現更高效的燃料生產。

通訊作者、西悉尼大學吉恩和琳達-沃蘭德化學工程與生物工程學院的沃蘭德特聘教授諾伯特-克魯斯（Norbert Kruse）說：”通常情況下，由於安全問題，化學工業不希望出現溫度變化很大的速率振盪。在目前的情況下，振盪是可控的，而且在機制上也很好理解。有了這樣一個實驗和理論上的理解基礎，研發方法就會完全不同- 這就讓我們真正擁有了一種基於知識的方法，而這將大有幫助。”

重新思考催化劑設計

儘管費托合成過程常用於燃料和化學品生產，但研究人員對此複雜的催化轉化過程的工作原理知之甚少。此製程使用催化劑將氫氣和一氧化碳這兩種簡單的分子轉化為長分子鏈，也就是日常生活中廣泛使用的碳氫化合物。

一個多世紀以來，燃料和化學工業的研發工作一直採用試誤法，而現在，研究人員將能夠更有意識地設計催化劑，並調整反應以引發振盪狀態，從而提高催化性能。

研究生張銳向克魯澤提出了一個問題：他無法穩定反應的溫度，在此之後，研究人員偶然發現了振盪現象。當他們一起研究時，發現了令人驚訝的振盪。

研究人員不僅發現了反應會產生振盪反應狀態，也發現了原因。也就是說，當反應產生的熱量導致溫度升高時，反應物氣體會失去與催化劑表面的接觸，反應速度會減慢，從而降低溫度。一旦溫度夠低，催化劑表面的反應氣體濃度增加，反應速度又會加快。因此，溫度升高，循環結束。

理論與實驗趨同

在這項研究中，研究人員在實驗室中使用常用的鈷催化劑，透過添加氧化鈰進行調節，演示了該反應，然後對其工作原理進行了建模。合著者之一、布魯塞爾自由大學的皮埃爾-加斯帕德（Pierre Gaspard）制定了一個反應方案，並從理論上強加了週期性變化的溫度，以複製反應的實驗速率和選擇性。

通訊作者、西悉尼大學沃蘭德學院攝政教授王勇（Yong Wang）說：”我們能夠從理論上建立模型，這真是太美妙了。理論數據和實驗數據幾乎吻合”。

克魯澤研究振盪反應已有30多年。費雪-特羅普希反應振盪行為的發現非常令人驚訝，因為反應在機制上極為複雜。

克魯澤說：「我們在研究中有時會遇到很多挫折，因為事情並沒有按照你想像的那樣發展，但也有你無法描述的時刻。這太有成就感了，但用『成就感』來形容取得這一重大突破時的激動心情又太無力了。”