原创“纯相χ-米乐m6棋牌官网

线性α-烯烃（laos）是生产各种高价值化学品和材料的重要化学中间体。短链lao（c₂–c₄烯烃）是重要的基础化工原料，通常由乙烷或石脑油的蒸汽裂解或丙烷脱氢产生。含有4个以上碳原子的长链lao，特别是c₅–c₁₀范围内的lao，经济价值更高，作为共聚单体用来生产pao和poe等高分子材料。

到目前为止，只有偶数的c₆、c₈和c₁₀lao可以在均相催化剂的作用下通过乙烯聚合反应获得。我国尚不掌握聚合级c₈以上长链lao的生产技术，需要的原材料完全依赖进口，限制了我国高端化学品产业的发展。费托合成（ft）工艺提供了一条替代途径，可直接从天然气、煤炭和生物质等原料中获得的合成气（co和h₂的混合物）中转化生成lao，但co₂选择性较高。

为此，国家能源集团低碳院王鹏、门卓武团队与荷兰tu/e大学emiel. j. m. hensen团队联合国家能源集团、北京科技大学、荷兰tu delft大学研发原创 “纯相χ-fe₅c₂碳化铁”催化剂，最大限度地提高碳效率，实现了高碳效率、高活性合成气直接制线性α-烯烃技术—“ftlao”（fischertropschtolinearα-olefins）。

2024年10月16日，相关成果“efficient conversion of syngas to linear α-olefins by phase-pure χ-fe₅c₂”发表在nature期刊上。论文通讯作者是王鹏博士、门卓武博士和emiel. j. m. hensen教授，第一作者是王鹏博士。

与传统铁催化剂不同，“纯相χ-fe₅c₂碳化铁“不含氧化铁相，并显示出零本征co₂选择性的特殊性质。作者提供了一种独特而简洁的相纯χ-碳化物制备方法，首次合成了100%的纯相χ-fe₅c₂碳化铁。该合成方法有效地避免了积碳的形成，因而催化剂活性极高。

催化剂以raney fe为前驱体，通过精确控制预处理和碳化条件，在全球首次成功合成100%纯相χ-fe₅c₂-碳化物。低碳院与北京科技大学合作，利用环境透射电子显微镜（etem）首次观测到纯相χ-fe₅c₂的形成全过程。hrtem图像和相应的反傅立叶变换结果（图1）显示钝化后的raney fe最初以结晶α-fe颗粒的形式存在，周围是无定形的氧化铁钝化层。在1200 pa、350°c、h₂/co = 30的条件下，χ-fe₅c₂逐渐形成。从图1b-i可以看出，这种转变始于raney fe的内层，然后扩展到整个区域，直到30分钟后达到最终状态。沿（3^- 11^-）方向成像的是χ-fe₅c₂晶粒，其特征晶格间距约为2.7å（图li）。原位mössbauer spectra（图2）也可证明纯相χ-fe₅c₂的形成。χ-fe₅c₂催化剂在高温高压反应条件（h₂/co = 1.5，h₂o分压0.8bar，总压2.3 mpa，265°c, 12h）下依然保持稳定。

图1：环境透射电子显微镜下纯相χ-fe₅c₂的形成过程。

图2：样品在碳化和ft反应条件下的mössbauer spectra图。

在χ-fe₅c₂催化剂中添加锰 (mn) 助剂可提高催化剂的laos选择性。mn通过抑制烯烃的再吸附以及随后的加氢和异构化反应，减少烷烃和异构烯烃等副产物的生成，从而提高对laos的整体选择性。mn的引入不会影响纯相χ-fe₅c₂的生成，如图2所示。

目前，商业化的高温ft合成和正在开发的fto工艺都能将合成气直接转化为laos，但也会产生大量co₂副产物，导致碳利用率低下。与来自王鹏等人实现合成的100%纯相ε-碳化铁类似，纯相χ-碳化铁显示出零本征co₂碳选择性。虽然二氧化碳选择性因wgs反应而大大降低，但在二次co₂仍未完全消除的情况下，碳效率依然得到了显著提高。如图3所示，在工业相关条件下（h₂/co=1.5，sv=5000 ml gcat^-1 h^-1, 总压2.3mpa, 250°c），mn/χ-fe₅c₂催化剂能够以51%的碳基选择性产生所需的c₂–c₁₀laos，同时只产生9%的co₂。在290°c下，该催化剂的活性比传统ft催化剂高出1–2个数量级，且在200小时内保持稳定。这种较高的催化性能可在较宽的温度范围（250–320°c）内持续存在，这表明该系统具有开发实用技术的潜力。

该文中研究人员设计并合成了一类新型纯相χ-fe₅c₂催化材料，为实现合成气直接制线性α-烯烃提供了一条首创的高碳效率、低co₂选择性和高活性的新技术路线“ftlao”，是 c₁化学领域的重大进展，开创了从合成气中直接生产高端化学品的高碳效率时代。该技术依托国家“十四五”重点专项，并将在未来工作中实现中试与工业示范。

图3：mn/χ-fe₅c₂催化剂在不同反应条件下的ft活性和选择性展示。

相纯χ-fe₅c₂催化剂从活性相设计层面上根本提高了催化活性和碳效率，并提供了一条全新的全碳数laos合成技术路线。该新型技术的研发成果对于引领当前线性α-烯烃产业链向高端跃升具有重要的战略和现实意义。研究人员还可以最大限度地发挥这种催化剂在其他c₁化学应用中的潜力，例如生产高碳醇、芳烃或其他类型的烯烃。（来源：科学网）

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