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ACS Catal.:選擇性和穩(wěn)定的Fe催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴

ACS Catal.:選擇性和穩(wěn)定的Fe催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴
在合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴過程中,為了促進C-C偶聯(lián),抑制過氫化和甲烷生成,需要對表面碳氫親和度進行精確控制。在各種烷烴脫氫反應(yīng)中,過渡后金屬元素(Ga、In和Sn等)與金屬結(jié)合時可以抑制過度氫化反應(yīng)。雖然利用In作為鐵(Fe)催化劑的促進劑,可以從合成氣或CO2加氫制得輕質(zhì)烯烴,但是In對催化性能的影響以及如何控制選擇性和表面化學(xué)還不清楚。
基于此,美國南佛羅里達大學(xué)John N. Kuhn和Babu Joseph(共同通訊作者)等人報道了一種選擇性和穩(wěn)定的氧化鋁(Al2O3)負載In促進的Fe催化劑(基于Fe的10 mol% In),用于將合成氣(H2/CO比為2: 1)轉(zhuǎn)化為烯烴。
ACS Catal.:選擇性和穩(wěn)定的Fe催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴
在本文中,作者研究了一系列Al2O3負載的In促進的Fe催化劑(Fe/In負載比為20: 1、10: 1和20: 3),將合成氣轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)烯烴,以研究如何控制反應(yīng)中的催化活性和選擇性。作者還研究了氧化鋁負載的純鐵催化劑作為對比。
通過實驗測試發(fā)現(xiàn),該催化劑具有高選擇性(45%,含CO2),并且在400 ℃和5 bar下CO轉(zhuǎn)化率為10%時具有顯著的穩(wěn)定性(72 h運行)。通過X射線光電子能譜結(jié)果表明,In的加入改變了Fe催化劑表層附近Fe和Fe/In組分的化學(xué)鍵合狀態(tài),從而影響了催化劑的反應(yīng)活性。
ACS Catal.:選擇性和穩(wěn)定的Fe催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴
此外,穩(wěn)態(tài)同位素瞬態(tài)動力學(xué)分析表明,當In與Fe結(jié)合時,催化劑表面存在更穩(wěn)定的CHx碎片,從而促進C-C向烯烴的偶聯(lián)反應(yīng)。我們的研究表明,在Al2O3載體上的Fe催化劑中引入In可以降低CO的活化能力。它對降低加氫活性有更大的影響,從而允許更多的C-C耦合以及類似的烯加氫。
此外,從位置和強度兩方面來看,CO吸附的減弱鼓勵了CO向碳氫化合物而非CO2的轉(zhuǎn)化。
ACS Catal.:選擇性和穩(wěn)定的Fe催化劑催化合成氣轉(zhuǎn)化為輕烯烴
Selective and Stable In-Promoted Fe Catalyst for Syngas Conversion to Light Olefins. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c04334.
https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04334.

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