文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33715-w
全文速览
合成气转化是一种从非石油资源中生产烯烃化学品的竞争策略。然而，以有限的C1副产物达到理想的烯烃选择性仍然是一个巨大的挑战。本文提出了一种非经典的高碳效率费托制取烯烃的方法。在CO转化率45.8%下，该方法实现了80.1%的烯烃选择性和超低的CH4和CO2总选择性(< 5%)。由钠促进的金属钌(Ru)纳米颗粒催化剂，具有较少的水-气转化反应活性。局部电子结构的改变以及Ru活性中心的H物种的化学吸附减弱调控了合成气反应路径偏向于烯烃反应路径。在550小时内没有观察到明显的失活，颗粒催化剂在中试反应器中也表现出良好的催化性能，具有广阔的实际应用前景。研究背景
烯烃包括低碳烯烃（C2–4=）和长链烯烃（C5+=，含有五个或五个以上碳原子的烯烃），是化学 工业生产塑料和碱性化学品的重要原料。商业上，低碳烯烃主要通过石脑油裂解或轻烷烃裂解来生产，低碳烯烃的齐聚导致高附加值的长链烯烃。石油资源有限，烯烃市场需求不断增长，促使开发非石油原料生产烯烃的替代路线。费托合成烯烃（FTO）是一种高效技术，可直接从合成气中生产烯烃，合成气是一种氢和一氧化碳的混合物，通过商业上成熟的气化/重整技术从煤、天然气、生物质、固体废物和二氧化碳中提取，由于不受欢迎的C1副产品有限，这仍然是一个巨大的挑战。近年来，合成气直接转化为烯烃（STO）的研究进展显著。其中一个突出的路线是基于使用氧化物沸石复合催化剂（OX-ZEO）的双功能催化，其中CO活化和C-C偶联在分离的活性位点上进行，使得在673 K下CO转化率低于20%的碳氢化合物中，烯烃的选择性降到~80%。费托合成烯烃（FTO）为从合成气生产烯烃提供了另一条直接路线，这对于长链烯烃生产是高效的。经典的费托合成（FTS）工艺主要通过各种金属催化剂（包括铁、钴和钌）生产重饱和烃。迄今为止，只有助剂碳化铁或碳化钴催化剂才能有效地催化FTO反应，对烃中低碳烯烃的选择性高达60%。然而，OX-ZEO和基于金属碳化物的FTO工艺通常对二氧化碳副产物表现出30%~50%的高选择性，显著降低了碳的利用效率。如果考虑到二氧化碳的存在，上述报告的烯烃选择性将下降到60%以下(图1A和补充表1)。此外，从实际应用的角度来看，STO过程中产生的大量二氧化碳不仅降低了CO的转化率，因此需要更高的要获得较高的总CO转化率，还需要脱碳单元分离循环气中产生的二氧化碳，导致全厂额外的能源消耗。最近的许多工作试图通过调整催化剂的表面性质或开发具有低固有WGS反应活性的改性FTS催化剂来应对这一挑战。例如，Xu等人制备了一种疏水核壳结构的FeMn@Si-c催化剂，在CO转化率为56.1%的情况下，它可以将CO2和CH4的总选择性降低到~23%，同时保持~65%的烯烃选择性。Xie等人的研究表明，在1%CO转化率下，Na/S/Mn改性的HCP-Co对低碳烯烃的选择性为54%，CH4选择性为17%，CO2馏分<3%。尽管有这些有希望的结果，但碳效率仍然很低，要达到最大的烯烃产量(特别是C5+=)，同时在相当活跃的水平上最大限度地减少包括CH4和CO2在内的有害副产物的产生，这一目标对当前的FTO技术构成了挑战。研究目标
我们提出了一种以钠(Na)为助剂的二氧化硅负载纳米Ru(NPs)催化剂(记为Na-Ru/SiO2)，它对FTO反应具有很高的活性，但对WGS反应活性很低。通过各种表征和表面探针反应实验，证明金属Ru是活性相，Na助剂能抑制化学吸附在Ru表面的H原子的反应活性，同时大大促进了烯烃的生成。结果表明，改性金属Ru能有效地调节从传统烷烃到高附加值烯烃的主要产物分布，具有足够的选择性和产率，具有潜在的工业应用前景。图文精读
催化性能测试在533 K、1.0 MPa和H2/CO比例为2的条件下，评估了理论上Ru负载量为5%、Na/Ru摩尔比为0.5的Na-Ru/SiO2催化剂的催化性能。在Na-Ru/SiO2催化剂上，CO转化率为45.8%，对CO2和CH4的选择性分别限制在2.7%和2.2%以内，实现了意想不到的高烯烃选择性，达到80.1%。(图1a和补充表1）。所获富通优配-实盘配资网-配资查股网-免息配资开户提示：文章来自网络，不代表本站观点。
