论文推荐丨安徽大学郭立升副教授：铁基催化剂用于CO₂加氢制备高碳烯烃的研究进展

铁基催化剂用于CO2加氢制备高碳烯烃的研究进展

作者

黄杰1, 艾培培2, 郭立升1, 孙松1

单位

1. 安徽大学 化学化工学院；

2. 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室

引用格式

黄杰，艾培培，郭立升，等.铁基催化剂用于CO2加氢制备高碳烯烃的研究进展[J].洁净煤技术，2025，31（1）：173-191.

HUANG Jie，AI Peipei，GUO Lisheng，et al.Recent progress about the development of iron-based catalysts for CO2hydrogenation to higher olefins[J].Clean Coal Technology，2025，31（1）：173-191.

关键词

二氧化碳加氢；费托合成；高碳烃；导向合成；非均相催化

摘要

随着全球气候变化的日益严重，CO2的减排控制和资源化利用技术的研究日益受到人们的重视。高碳烯烃是化工生产的重要原料，主要由不可再生的石油资源通过催化裂化等路径合成，然而通过化石资源生产的高碳烯烃，生产能耗较高且原料来源不可再生化。采用可再生绿氢作为还原剂，催化CO2加氢制备高碳烯烃是有一条有前景的催化工艺路径。然而，由于CO2分子较为稳定，加氢过程中的C—O键活化和后续的C—C键的耦合过程都十分具有挑战性。这种串联式的反应过程不可避免的存在活性低、副产物选择性高和催化剂稳定性较差等问题，由于Fe基催化剂在逆水煤气变换反应（RWGS）和费托合成反应（FTS）都具有良好活性，且廉价易得、工艺操作区间广，能够适用于工业应用，可以通过改性来实现特定反应的优化提升。因此，可以利用Fe基催化剂或Fe基复合催化剂对CO2进行催化加氢增值化利用，实现从CO2到高碳烯烃的导向合成。本文主要围绕CO2加氢生产高碳烯烃的工艺路线，从元素掺杂、载体调控、多活性位点构筑和工艺参数优化等多个方面对Fe基或复合基催化剂的研究进展进行了分析，对催化剂的链增长机制及影响高碳烯烃选择性的主要因素进行了论述，为针对研发高效的Fe基催化剂提供参考，并对CO2加氢工业化应用所面临的挑战及解决方法进行了展望。

文章结构

0  引　　言

1  反应机理

2  元素掺杂策略

2.1  碱金属助剂的修饰

2.2  碱土金属助剂的修饰

2.3  过渡金属助剂的修饰

2.4  非金属杂原子掺杂调控

2.5  其它助剂的修饰

3  多活性位点共存策略

4  载体调控作用

5  工艺评价参数设置

6  挑战与展望

重要图表

图 1 RWGS、FTS和甲烷化反应示意

图 2 二氧化碳加氢过程中铁催化剂的结构演变

图 3 二氧化碳在不同铁物种上的反应

图 4 K的加入对催化剂性能的影响

图 5 Na的引入对催化剂性能的影响

图 6 CO2在NaSrFe上加氢合成高碳烯烃的反应路线

图 7 Na的引入对催化剂性能的影响

图 8 FeO-MnO界面对二氧化碳加氢性能的影响

图 9 Al的引入对催化剂性能的影响

图 10 N的引入对催化剂性能的影响

图 11 在生物助剂改性的铁基催化剂上CO2加氢性能

图 12 Co-Fe双金属催化剂结构演变示意图

图 13 Fe-Cu双活性位点对催化性能的影响

图 14 在K-CoFeOx/HZSM-5-Si催化剂上将CO2转化为高碳的反应途径

图 15 催化剂K0.016Pd0.12Fe上提出的反应机理

图 16 载体的差异对于CO2加氢性能的影响

图 17 反应条件对CO2加氢性能的影响

策划丨常明然

责编丨黄小雨

编辑丨李莎

审核丨常明然