为什么化学家特别关注一碳化学

在化学领域有一门前沿科学，它的研究对象是反应物中只含有一个碳原子的化学反应，称为一碳化学。为什么化学家对这类反应特别感兴趣呢？

这和日益严重的能源危机是密不可分的。

美国某著名跨国集团下属的一家煤气化工厂

早在第一次世界大战之后，就已经有化学家认识到石油资源紧缺的问题，并从战略角度考虑另辟蹊径，以其他资源来制备汽油。人们自然而然地想到了从相对丰富的其他资源，例如煤，来合成汽油。1926年，德国化学家费歇尔和托洛帕成功地利用催化剂从煤的气化产物一氧化碳和氢气合成了汽油。人们称这项技术为费托合成。这项技术之所以那么快就成功，也和当时的形势需求有关。德国政府在第一次世界大战中深感本土的石油远远不能满足需要，相对来说煤资源较多一些，于是政府支持科学家去研究如何从煤来制备汽油。这个课题初看起来似乎有些不可思议，然而，1926年费歇尔和托洛帕却发表了一篇关于“常压下由煤气化产物合成汽油”的文章。原来，他们通过把煤气化，得到CO和H2，再通过催化剂将其合成为汽油。前一个反应实际上就是水煤气反应，后一个反应称为费托反应。第二次世界大战期间，德国曾利用这项专利在全世界范围内建立了11个由煤制备汽油的工厂。

1939年，由于石油匮乏，英国街头出现了使用煤气化的产物为燃料的汽车。汽车顶上的“气球”中装的就是煤气化后的一氧化碳和氢气

但是，从20世纪50年代起，中东大量油田的发现，使油价大跌。由煤来制备汽油的价格，与大量开采石油的成本相比昂贵得多，根本无法竞争。于是那些由煤来制备汽油的工厂纷纷倒闭，而费托反应的研究也几乎就此销声匿迹了。20世纪70年代，中东发生的地区冲突，引发了新一轮的石油危机。美国的一些科学家因此重新开始了费托合成的研究。当然，历史绝不会简单地重复，20世纪70年代后期的这项研究被称作一碳化学。

最初，一碳化学是指从煤的气化产物一氧化碳的氢化来合成所希望得到的任何产品，包括汽油和本来要从石油中获取的一些化工原料。如果说，20世纪30年代费托合成技术的目标仅仅是汽油的话，那么70年代的目标就是以煤资源全面取代石油资源。经过几十年的研究，如今一碳化学的含义更为广泛，凡是从只含一个碳的原料出发的合成，都被称作一碳化学。例如，从甲醇、甲烷，甚至从二氧化碳开始的合成工作都归为一碳化学范畴。

一碳化学的重要之处在于，它提出了另一个重要的能源资源——煤如何科学而又合理地被使用。很显然，煤可以被直接当燃料来使用，但那不是最科学和最合理的使用方法。将煤进行气化后再加以利用具有更多的优点。因为尽管煤的主要成分是碳，但同时也是一个混合物，直接燃烧就把一些有用的物质浪费了，还会污染大气环境。现在，将煤气化之后，它的产物是一氧化碳和氢气，依然是可燃性的材料，不仅可作为燃料使用，更是一碳化学的原料。

一碳化学是当今化学领域中十分活跃和重要的研究方向，属于战略性的前沿科学。一碳化学的核心研究几乎都集中在催化剂的研究上，因为在此领域内进行的化学反应几乎都离不开催化剂。中国在一碳化学领域也取得了重大的成就，特别是甲醇制烯烃，已经实现了工业化量产。（刘旦初）

【微博士】变化多端的一氧化碳

一氧化碳在镍、铁等不同催化剂的作用下，和氢气反应能生成甲烷、汽油等不同的产物。

【科学人】柏齐力乌斯

19世纪初，化学家发现一些金属有加速反应的作用，而自身在反应前后却并未发生变化，例如金属铂可使氨发生分解，也可使一氧化碳与氧在室温下发生化学反应。这些金属似乎都有一种神秘的魔力，使反应加速。1836年，瑞典著名化学家柏齐力乌斯（1779—1848）总结了这些实验结果，提出了催化现象的概念。

柏齐力乌斯是19世纪上半叶最伟大的化学家之一。他首先提出了有机化学这一概念，还发现了同分异构现象，并首先倡导以元素符号来代表各种化学元素。

【微问题】煤也是一种有限的资源，如果煤资源也告罄的话，我们该怎么办？

【关键词】煤　一碳　化学　费托反应　催化剂　柏齐力乌斯