来源：iNature

长期以来，石油一直是生产燃料和化学品的主要原料，但煤炭、天然气和生物质能等替代品也在不断得到探索。然而，尽管用于燃料生产的商业化FT技术已经建立，但利用它来获取有价值的化学品仍然具有挑战性。线性α-烯烃（LAOs）就是一个很好的例子，在生产过程中产生了大量的二氧化碳废物，导致碳利用效率低。

2024年10月16日，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院（NICE）Peng Wang、Zhuowu Men及荷兰埃因霍芬理工大学Emiel J. M. Hensen共同通讯在Nature在线发表题为“Efficient conversion of syngas to linear α-olefins by phase-pure χ-Fe5C2”的研究论文，该研究表明相纯χ- Fe5C2法将合成气高效转化为线性α-烯烃。

在这里，研究人员表明使用原始相纯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LAOs的过程进行了定制和优化，该催化剂在290°C时的活性比专用FT到烯烃催化剂高1-2个量级，可以达到320°C以上，稳定200小时，在工业相关条件下产生所需的C2-C10 LAOs和不需要的CO2，碳基选择性为51%和9%。这种较高的催化性能，在较宽的温度范围内（250-320°C）持续存在，证明了该系统在开发实际相关技术方面的潜力。

iNature发现，该文章于2019年12月20日投稿，在2024年9月19日被接收。

线性α-烯烃（LAOs）就是一个很好的例子，它是目前通过乙烯低聚获得的重要化学中间体。目前商业化的高温FT工艺和正在开发的FT制烯烃工艺都能将合成气直接转化为LAO，但也会产生大量二氧化碳废物，导致碳利用效率低下。由于转化后的碳原子最终成为有价值的C5-C10 α-烯烃的数量大大少于在产品混合物中占主导地位的C2-C4烯烃，从而进一步降低了效率。

在铁基FT催化剂中，碳化铁作为活性相，早期的工作已经探索了不同碳化物相的稳定性，并表明与典型的铁基FT催化剂不同，相纯的ε-碳化铁不产生二氧化碳作为初级产物。根据这一点，该研究的目标是在优化FT-to-LAO （FTLAO）过程所需的宽温度范围内稳定运行的活性相，专注于获得相纯的碳化铁。与获得纯ε-碳化物的方法不同，在合成气渗碳前对完全还原的χ铁进行钝化处理，得到相纯的ε-碳化物，没有氧化铁相竞争。

优化后的Mn-χ-Fe5C2的催化性能（图源自Nature）

该研究的核心是利用FT催化剂将合成气（CO和H2）转化为直链α-烯烃(LAO)。费托工艺的商业可行性受到低碳效率的挑战，通常会产生大量二氧化碳副产品。为了优化工业应用的这种转化，研究人员设计了一种基于相纯χ-Fe5C2（Hägg碳化物）的新型催化系统。主要创新包括：（1）相纯度：催化剂旨在保持高度的相纯度，确保其仅包含活性χ-Fe5C2相，消除可能催化不良副反应的竞争性氧化铁相。（2）锰促进剂：为了进一步提高性能，添加锰(Mn)作为促进剂，优化烯烃与烷烃之比(O/P)，提高LAO等所需产品的选择性，同时减少CO2产量。（3）原位优化：通过采用原位表征技术，该研究密切监测工业相关条件下活性相的形成和演化，确保最佳催化性能。总体而言，Mn- χ-Fe5C2催化剂在费托催化领域取得了重大进展，不仅具有潜在的应用前景，不仅可以用于生产LAO，还可以用于从可再生合成气原料中生产其他有价值的碳氢化合物和化学品。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08078-5

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