费托合成反应碳化铁活性相性能研究

　　铁元素在自然界中储量丰富，是很多催化体系的活性组份，其中碳化铁可以催化费托合成反应，将合成气（CO+H2）转变为不同碳链长度的液体燃料和精细化学品，对不同碳化铁性能的研究有助于高效费托催化剂的开发。中科院山西煤化所/中科合成油技术有限公司李永旺课题组详细研究了几种费托反应碳化铁（Fe2C、Fe7C3和Fe5C2）的活性差异，用表观本征活性确认Fe7C3具有最高反应活性，并提出Fe7C3的制备策略，相关的研究成果发表在2018年4月6日的《ACS Catalysis》上。 

　　Fe7C3的相关研究较少，主要是由于该物相制备困难，生成窗口较窄，与ε-Fe2C和χ-Fe5C2存在生成竞争。通过调研不同碳化铁生成的影响因素，提出在中高温下用CO气氛碳化高分散小尺寸纳米粒子制备Fe7C3的策略，中高温在热力学上抑制ε-Fe2C/ε'-Fe2.2C生成，高分散纳米粒子尺寸小、表面缺陷多，动力学上有利于碳的扩散渗透。该策略扩大了Fe7C3的生成窗口，克服了以往报道中需要较长时间才能生成Fe7C3的弊端，为可控制备Fe7C3提供了方向。通过不同预处理方式制备不同的碳化铁物相，以Fe5C2为参比基准，分析了不同碳化铁表面活性位点对反应的贡献，首次表明Fe7C3具有最高的本征反应活性，表观TOF为4.59×10-2 s-1，是一个非常优异的费托合成活性相。 

　　图1 催化剂的FT-EXAFS谱图及拟合结果 

　　通过与北京同步辐射装置（BSRF）的合作，利用1W1B XAFS线站测试了不同碳化铁催化剂的近边结构和扩展边结构，分析了铁的物相组成和配位结构等信息，揭示了催化剂的基本性质，为结构性能关系的建立提供了依据。 

发表文章： 

　　Qiang Chang, Chenghua Zhang,* Chengwei Liu, Yuxue Wei, Ajin V. Cheruvathur, A. Iulian Dugulan, J. W. Niemantsverdriet, Xingwu Liu, Yurong He, Ming Qing, Lirong Zheng, Yifeng Yun, Yong Yang,* and Yongwang Li, Relationship between Iron Carbide Phases (ε-Fe2C, Fe7C3, and χ？Fe5C2) and Catalytic Performances of Fe/SiO2 Fischer-Tropsch Catalysts. ACS Catalysis 8(2018), 3304-3316.