通过费托合成（FTS）反应，H₂/CO气体混合物可以转化为有价值的碳氢化合物。在较高的反应温度(320−375°C)、铁基催化剂和Na−S化学促进剂的共同作用下，合成的烃类产物可以直接生成有价值的短链（C₂−C₄）烯烃。然而，当反应温度为超过300 °C时，布杜阿尔反应（Boudouard reaction）（即CO歧化为C和CO2）也变得活跃，将碳材料沉积到催化活性相上。因此，布杜阿尔反应会与FTS直接竞争反应物CO。

近日，荷兰乌得勒支大学Bert M. Weckhuysen报道了利用原位X射线粉末衍射/拉曼光谱联用装置，在340 °C温度和10 bar下，实时监测了Fe_xO_y/α-Fe/FeC相和各种生成的碳物种的演化过程。同时研究了CO渗碳，Na-S促进和未促进的Fe(-Na-S)/α-Al₂O₃催化剂。

文章要点

1）通过Rietveld定量相分析（R-QPA）从原位获得的XRPD图谱中量化存在的各种铁相。同时对原位拉曼光谱中观察到的D带和G带的相对强度、带宽和位置进行了分析，并与参考碳材料进行了比较。

2）结果表明，在FTS过程中，具有C sp³和C sp²链状有序性的无定形碳向碳纳米纤维状结构演化。Na−S促进和≥340°C下的初始CO渗碳增加了环状六重C sp²物种的数量。同时，催化剂中存在的初步碳沉积降低了开始时拉曼谱带强度的快速增长，而Na−S的促进作用在初始快速增长期后促进了拉曼谱带强度的增长。此外，碳的演化不受特定的Fe碳化物的存在或碳化物向碳化物过渡的影响。 Na-S的存在促进了通过（H₂：）CO将Fe₃O₄还原为沉积碳的Fe碳化物。

该研究结果进一步揭示了Fe和C在高温FTS反应中的作用。

Pasi P. Paalanen, et al, Combined In Situ X‑ray Powder Diffractometry/Raman Spectroscopy of Iron Carbide and Carbon Species Evolution in Fe(−Na−S)/α-Al₂O₃ Catalysts during Fischer−Tropsch Synthesis, ACS Catal. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c01851

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01851