可还原活性物种（如Fe、Co）的自发单分散及其在还原气氛中的稳定性仍然是催化合成气化学面临的一个关键挑战。

近日，清华大学魏飞教授，Xiao Chen，Chenxi Zhang，电子科技大学彭翃杰报道了一系列包括在ZnCr₂O₄上自发单分散和富集的Fe催化剂。深入的研究表明，只有当单分散的Fe与H-ZSM-5沸石偶联时，在合成气到芳烃的反应中才能发挥显著的催化性能。

文章要点

1）研究人员合理化了富氧空位(O_V)的ZnCr₂O₄尖晶石作为氧给体载体。当Fe含量控制在5 wt%以下时，铁可以通过简单的浸渍法自发地单分散在ZnCr₂O₄上。实验结果显示，单分散的Fe将周转频率从0.14 s^-1提高到0.48 s^-1，同时不会牺牲总芳烃的最高选择性(80–90%)。

2）密度泛函理论(DFT)计算表明，ZrCr₂O₄中单分散的Fe位大大降低了合成气形成甲醛(H₂CO)和甲氧基(CH₃O*)的能垒，这两种物质以前被认为是生成芳烃的关键中间体。

3）研究人员通过原子精确表征和理论计算揭示了自发Fe单分散的起源和作用，为下一代催化剂的设计用于将小分子升级为合成燃料和化学品提供了指导。

参考文献

Tian, G., Liu, X., Zhang, C. et al. Accelerating syngas-to-aromatic conversion via spontaneously monodispersed Fe in ZnCr₂O₄ spinel. Nat Commun 13, 5567 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33217-9

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33217-9