找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 690|回复: 0

[材料资讯] 肖丰收教授和王亮研究员最新Nature Nanotechnology:纯硅沸石助力费托合成制烯烃!

[复制链接]

124

主题

141

帖子

235

积分

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
235
发表于 2022-7-22 07:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
科学子刊《Nature Nanotechnology》杂志日前发表了我院肖丰收/王亮团队与中科院精密测量研究院郑安民团队合作的一项重要成果。该工作设计制备了MFI分子筛纳米片和铁基催化剂复合的催化体系,实现了铁基催化剂低温费托高效制低碳烯烃和C5-C10烯烃。
         烯烃是工业上重要的化工原料,主要包括低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)和长链烯烃,由合成气(CO+H2)经费托合成路线制备烯烃的过程(Fisher-Tropsch synthesis to olefins)通常称为FTO过程,其中铁基催化剂是最常见的FTO催化剂,通常在320℃以上的高温情况下进行。当反应温度低于300℃时,CO转化率一般都比较低,并且产物碳数分布宽(C1到C20+碳氢化合物)。
        针对传统铁基催化剂低温活性不高和产物分布宽等问题,研究团队设计制备了MFI分子筛纳米片和铁基催化剂复合的催化体系,实现了铁基催化剂低温费托高效制低碳烯烃和C5-C10烯烃(图1)。在以往报道中,沸石分子筛通常作为串联催化剂提供酸中心参与反应,例如裂化、芳构化、异构化和碳碳键偶联过程。而在该研究中发现,即使采用纯硅MFI分子筛纳米片(不含酸位点,即没有“催化活性”),在低温(260℃)条件下同样能大幅提高铁基催化剂的催化活性(CO转化率82.6%),并且得到高优异的C5-C10阿尔法烯烃选择性(烯烃选择性74.0%,其中81.7%的C4+烯烃为阿尔法烯烃)。相同条件下,不加沸石分子筛的Na-FeCx催化剂CO转化率不到2%(图2)。

烯烃分子

烯烃分子
图1. 物理混合分子筛助剂加快烯烃分子脱附促进FTO反应过程示意图

烯烃分子

烯烃分子
图2. Na-FeCx/分子筛催化剂性能评价
         为了深入理解这个过程,研究人员进行了理论模拟进一步了解烯烃分子在Na-FeCx表面的吸附和扩散行为(图3)。通过分子动力学模拟发现分子筛的存在使得烯烃分子的解吸-再吸附平衡发生了改变,拉动反应的正向进行。均方位移(MSD)的斜率值定量测定了乙烯分子在不同层数的分子筛晶体中的扩散系数(Ds)。结果表明分子筛晶体越薄,烯烃分子在分子筛孔道中停留时间越短,越有利于连续快速地转移烯烃分子,从而提高反应活性,形成更多的烯烃产物。

烯烃分子

烯烃分子
图3. (a)烯烃分子从Na-FeCx表面经不同区域扩散到沸石孔道中的示意图,(b)分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟,(c)乙烯分子在不同层数的分子筛晶体中的扩散系数测定
         研究人员通过混合适当的分子筛材料使得Na-FeCx催化剂在FTO过程中展现出高效的低温催化活性,并且优化了产物分布。本工作报道的碳化铁和分子筛复合催化体系和以往文献报道的金属/金属氧化物+分子筛体系有本质的区别。实验数据和理论研究表明,分子筛并不是作为酸催化剂,而是改变了烯烃分子在碳化铁表面的解吸-再吸附平衡,合理控制分子筛的形貌和孔道环境可以加快烯烃分子从Na-FeCx表面脱附,这一特性有利于合成气在Na-FeCx表面持续高效地进行。该工作提出的催化剂体系将为合成气转化过程提供新的多相催化剂设计思路。
       此外,我院阳永荣教授和廖祖维教授对本工作的工艺流程设计提供了帮助。


          文章来源:浙江大学
          肖丰收,浙江大学化学系教授,出生于1963年1月4日,山东莱州市人。他1983和1986年先后在吉林大学化学系获得学士和硕士学位后,又作为联合培养博士生形式1987年去日本北海道大学学习,并于90年获得博士学位。他还于93.9-94.12间在美国加州大学进行博士后研究。 目前,肖丰收教授的主要研究领域有:分子筛催化材料合成与性能;利用双氧水进行催化氧化研究;绿色催化材料与性能;复合催化材料;金属催化与原子簇催化研究;新型催化材料的设计与性能等到。
       王亮,浙江大学研究员。2013年于吉林大学获得理学博士学位,导师为肖丰收教授,随后在浙江大学从事博士后研究工作。2015年12月,在浙江大学化学系任副研究员,2018年10月,任浙江大学化学与生物工程学院“百人计划”研究员。王亮研究员主要研究方向为纳米催化与能源催化,在Nature Catal.,J. Am. Chem. Soc., Nature Commun.,Angew. Chem., Nano Today, ACS Catal.等杂志上发表SCI论文50余篇;2016年获国际催化大会青年科学家奖;2017年获中国催化新秀奖、浙江省自然科学基金杰青项目资助;2018获国家自然科学基金优秀青年基金资助。





  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 16:00 , Processed in 0.145007 second(s), 41 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表