烯烃被认为是化学工业中的关键基础原料。高碳烯烃可作为较多高附加值化学品的理想化学中间体。重要的是，喷气燃料范围的烯烃可进一步加工用于生产可持续航空燃料。然而，现有催化体系链增长能力弱，高碳产物选择性较低。

前期，中国科学院上海高等研究院团队，阐明了ZnFe₂O₄/χ-Fe₅C₂与ZnO/χ-Fe₅C₂界面上实现CO₂加氢制C₂₊醇/烯的反应机制，精准调控了铁物种物相、助剂/碳化铁界面位点数目与电子性质、CO₂与H₂活化能力，构建了高性能的CO₂加氢制C₄₊烯烃催化新体系。

近期，研究团队构筑了K和Al共修饰的铁基催化剂，并原位构建了χ-Fe₅C₂/Fe₃O₄界面，用于二氧化碳加氢制取重质烯烃。在反应条件为330 °C、2.0 MPa和20000 mL/g_cat/h下，K负载量为8%的FeAlK催化剂上C₅₊⁼的时空收率达453.7 mg/g_cat/h。

研究利用原位X射线衍射、X射线吸收光谱、X射线光电子能谱和⁵⁷Fe Mössbauer谱等表征手段，阐明了FeAlK催化剂的动态结构演化过程。同时，原位漫反射红外傅里叶变换光谱、H₂/D₂同位素交换、C₃H₆和CO脉冲探针实验揭示了反应机理及催化剂的结构-性能关系。最优的χ-Fe₅C₂/Fe₃O₄界面和丰富的体相χ-Fe₅C₂物种是实现高效二氧化碳加氢制高碳烯烃的关键。此外，FeAlK催化剂在800小时测试中表现出较高的稳定性，展示了其在CO₂加氢制重质烯烃方面的工业应用前景。

这一研究为开发具有动态结构演化的铁基催化剂、高效制备高碳烯烃与航煤馏分产物，提供了简便策略。

相关研究成果发表在ACS Catalysis上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

论文链接

来源：上海高等研究院

编辑：杨越

审核：雷建树