低碳烯烃制备方法的创新与研究：费托合成技术的应用

低碳烯烃制备方法的创新与研究：费托合成技术的应用

低碳烯烃是一类附加值极高的石油化工产品，广泛应用于精细化学品、塑料、涂料、化妆品等的生产和制备。但传统的制备方法是在高温高压条件下通过蒸汽裂解分离石脑油，该方法存在能耗高、效率低、浪费资源等问题。

为了解决这一问题，研究人员利用费托合成技术，通过一系列过渡金属催化剂，将合成气（CO+H2）直接或间接地转化为低碳烯烃。长期的研究表明，常用的过渡金属催化剂有铁、钴金属负载型催化剂，将活性金属负载到载体上，如氧化铝、分子筛等，再通过一定的添加剂，如钠、钾、锰等金属元素进行调控改性，达到提高反应活性或产物选择性的目的。然而，高活性的镍基催化剂由于加氢能力过强、碳碳偶联能力较弱，在费托合成过程中容易生成甲烷或一些低碳饱和烃。因此，如何利用这种高活性的镍基催化剂，并通过一定的方法对其进行调控，使其加氢能力减弱，从而易于生成低碳烯烃，具有重要的研究意义。 中国科学院理化研究所超分子光化学中心研究组对镍基催化剂的性能调控进行了深入研究，相关研究成果于2019年12月16日发表在《》上。

该课题组开发了一种新型的锰氧化物改性镍催化剂（Ni/MnO），通过锰氧化物调控活性镍的电子结构，大大降低了其加氢能力，因此低碳烯烃的选择性显著提高。采用简便的双滴法合成前驱体材料，通过控制还原反应温度，得到了一系列不同还原程度的Ni/MnO催化剂。反应在紫外可见光照射下进行，与直接将镍负载在氧化铝载体上的催化剂相比，其对低碳烯烃的选择性显著提高了数倍。此外，通过光热对比实验和流动相反应，证明该反应为光热反应过程，催化剂的稳定性良好。 X射线光电子能谱、X射线吸收精细结构谱及理论计算进一步说明，催化剂活性镍表面由于氧化锰的电子转移而产生明显的电子富集现象，降低了不饱和反应中间体加氢的能垒和脱附能，最终大幅度提高催化剂对低碳烯​​烃的选择性。

本研究为加氢能力过剩的镍基催化剂在费托合成工业中的应用提供了可能性，为调控催化剂加氢性能提供了研究思路。本研究工作中，利用北京同步辐射装置开展的X射线吸收光谱研究有助于解决催化剂结构与性能之间关系的难题。

发表文章：

王宇飞，赵宇飞，刘李英，石润和张* 氧化物将 CO 转化为光，Adv. Mater.，2019，。