上海高研院Nature重磅：合成气直接制烯烃！

【材料牛注】

中国科学院上海高等研究院在合成气直接制烯烃方面取得重大进展，题为“Cobalt carbide nanoprisms for direct production of lower olefins from syngas”的最新研究成果于北京时间2016年10月6日发表在《自然》（Nature）上。

【背景简介】

在能源化工领域，烯烃是一种基础且非常重要的高附加值化工原料。近年来，为缓解对石油资源的依赖，国内外研究利用煤炭或天然气资源直接或间接制备烯烃。其主流的制备技术包含两大步骤，如能减少反应步骤，将合成气直接高选择性合成烯烃，将体现出流程更短、能耗更低的优势。

合成气经费托反应路线可以直接制烯烃，其是在CO和H2在催化剂作用下，通过费托（Fischer-Tropsch，简称FT）反应路线合成烯烃（也称FTO）的过程。但是，其过程有诸多因素的制约，为了实现更好的FTO催化性能，有必要开发全新的催化活性位结构。

【成果简介】

中国科学院上海高等研究院的钟良枢和孙予罕（共同通讯作者）等人通过采用全新催化剂活性位结构——钴锰催化剂，发现在温和的反应条件下（250℃和1~5 atm），该催化剂可实现高选择性合成气直接制备烯烃，甲烷选择性可低至5%，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性高达80%以上，烯/烷比可高达30以上；同时，产物碳数呈现显著的窄区间高选择性分布，产物分布完全不服从经典的ASF规律，体现出很好的FTO性能。这项研究对拓展合成气催化转化领域有重大意义，此外，它还具有很高的经济效益，将有利于促进我国煤化工的发展。

【图文导读】

表1 钴锰催化剂在不同H2/CO比和反应压力下的催化性能

图1 煤基合成气直接高效制备烯烃示意图

图2 反应初始阶段， CoMn 催化剂的催化性能

（a）CO的转化以及产物选择性与反应时间的函数；（b）烯烃与石蜡的比值与反应时间的函数；（c）烃产物的分布与反应时间的函数；（d）碳链的增长率（α）与反应时间的函数。

图3  达到稳态后，CoMn 催化剂的TEM照片

（a,b）低倍数TEM照片；（c, d, e）高倍数TEM照片；（d）晶格条纹的距离（长度）；（f）Co2C平行六面体纳米颗粒示意图，有四个矩形面和两个菱形面。

图4 Co2C和Co不同晶面上，形成CH2CH2，CH3CH3的能量分布

（a）Co2C(101)晶面；（b）Co2C(020)晶面；（c）Co2C(111)晶面；（d）Co(0001)晶面。选择晶面上中间状态的CHX + CHX（其中x = 2或3）作为所有能量曲线的零点。黑色路径是CH2+CH2 →CH2CH2；绿色路径是CH2 + CH2 + 2H→CH2CH2 + 2H→CH2CH3 + H→CH3CH3；红色路径是CH3 + CH2 + H→CH2CH3 + H→CH3CH3；蓝色路径是 CH3 + CH3→CH3CH3。

文献链接：Cobalt carbide nanoprisms for direct production of lower olefins from syngas（Nature, 2016, DOI:10.1038/nature19786）（文献全文PDF已上传至材料人资源共享交流群 425218085）

同期NEWS & VIEWS链接：Catalysis: Cobalt gets in shape（Nature, 2016, DOI:10.1038/538044a）

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本文由材料编辑部学术组风之翼供稿，材料牛整理编辑。

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