Nature 正刊丨相纯χ-Fe5C2高效转化合成气为线性α-烯烃

01摘要

石油长期以来一直是生产燃料和化学品的主要原料，但煤炭、天然气和生物质越来越多地被探索为替代品1,2,3。它们的转化首先产生合成气，即CO和H2的混合物，然后使用费-托（FT）化学进一步加工。然而，尽管已经建立了用于燃料生产的商业FT技术，但利用它来获取有价值的化学品仍然具有挑战性。一个恰当的例子是线性α-烯烃（LAOs），它们是目前通过乙烯低聚获得的重要化学中间体4,5,6,7,8。目前正在开发的商业高温FT工艺和FT制烯烃工艺都将合成气直接转化为LAO，但也会产生大量的二氧化碳废物，导致碳利用效率低9,10,11,12,13,14。转化为有价值的C5-C10 LAO的碳原子比主导产品混合物的C2-C4烯烃中的碳原子少得多，这进一步降低了效率9,10,11,12,13,14。在这里，我们表明，使用原始相纯χ-碳化铁可以最大限度地减少这些合成气转化问题：针对FT到LAO的过程进行定制和优化，这种催化剂在290°C下的活性比专用FT到烯烃催化剂高1-2个数量级。这种催化剂可以在320°C以上实现（参考文献12,13,14,15），稳定200小时，并在工业相关条件下产生所需的C2-C10 LAO和不需要的CO2，碳基选择性分别为51%和9%。这种更高的催化性能在宽温度范围（250-320°C）内持续存在，表明了该系统开发实用相关技术的潜力。

02图表简介

a、 b，在3.0 MPa、250°C和SV H2/CO/Ar=3000/1900/100 ml gcat h−1.C、d下，CO转化率和产物选择性随投产时间的变化（a）和平均产物分布（b）
.e，f，Mn-χ-Fe5C2、χ-Fe5C 2和表1中报告的催化剂之间碳基产物（e）和目标LAO时间收率以及碳基LAO选择性（f）的分布比较。

a、 b、未促进的（a）和锰促进的（b）雷尼铁转变的原位XRD图，显示在300°C和350°C下渗碳6小时（渗碳：H2/CO=30,0.1 MPa，在0.5°C下从30°C加热到350°C min-1，停留6小时）。a.u.，任意单位。c、 d、未促进（c）和Mn促进（d）阮内铁转变的原位穆斯堡尔谱，显示了制备后、渗碳后和FTLAO反应后（渗碳：H2/CO/He=100/3.2/21.8，0.1 MPa，350°c下6小时）的转变；FTLAO反应：H2/CO=1.5与饱和蒸汽水（约0.8巴）在2.3 MPa的总压力下，265°C下反应12小时）。穆斯堡尔谱是在-153°C下获得的。

a–l，从雷尼铁（a）的初始状态通过渗碳（b–k）到最终状态（l）的转变的HRTEM图像。l中的虚线表示χ-Fe5C2的晶格间距。相应的快速傅里叶逆变换（IFFT）图像显示了χ-Fe5C2在真实空间中的位置（环境TEM条件：H2/CO=301200Pa，350°C）。FFT，快速傅里叶变换。比例尺，5 nm。

03 参考文献
Liu Y , Qin Z , Yang X ,et al.High-Voltage Manganese Oxide Cathode with Two-Electron Transfer Enabled by a Phosphate Proton Reservoir for Aqueous Zinc Batteries[J]. 2022.

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