具有均匀相组成的铁催化剂已显示出较低的生成二氧化碳的倾向。利用这一信息作为设计原则,研究小组开发出了一种有效的方法,通过在室温下将 1%的氧气在 He 中暴露 20 小时来钝化雷尼铁,然后在 350 °C 下用富氢合成气混合物进行渗碳处理,从而合成出具有纯净 χ-Fe5C2 相的催化剂。众所周知,锰能提高反应活性并控制 FT 合成中的选择性,通过对锰进行进一步改性,催化剂在工业相关反应条件下具有优异的催化剂时间产率(CTY)和 LAO 选择性(如图)。值得注意的是,在 250 °C 时,对 CO2 的选择性仍然很低(低于 10%),只有在温度较高时才会适度增加。结构分析证实了纯 χ-Fe5C2 相在长时间反应中的稳定性。这种相的稳定性似乎相当重要;事实上,不同相(如铁氧化物)的生成(铁氧化物是水煤气变换反应的良好催化剂)会导致一氧化碳和水生成二氧化碳,从而降低总体选择性。理论计算有助于合理解释二氧化碳选择性低的原因,并表明对于 χ-Fe5C2 而言,与二氧化碳形成相比,与 H2O 形成相关的能障更低。因此,在 CO 离解时,氧气会优先以水的形式被去除。这种催化剂是否能轻松用于实际应用,在现阶段仍是一个悬而未决的问题。不过,这种相纯 χ-Fe5C2 催化剂所取得的成就代表着在开发用于制备 LAO 的 FT 方案方面迈出了重要的一步。
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