助剂Na和Zn对Fe基催化剂催化CO_(2)加氢制低碳烯烃反应性能的影响

通过Fe基催化剂催化CO_(2)加氢直接合成低碳烯烃是实现CO_(2)资源化利用的重要途径之一。目前Fe基催化剂的CO_(2)加氢反应催化活性和低碳烯烃选择性仍然较低。通过模板剂-等体积浸渍两步法制备了一系列Fe基催化剂,研究了碱金属助剂Na和过渡金属助剂Zn对Fe基催化剂催化CO_(2)加氢制低碳烯烃反应性能的影响及其作用机制。结果表明,在CO_(2)加氢反应中(反应条件:t=320℃,p=2.0 MPa,V(H_(2)):V(CO_(2))=3:1,空速为8000 mL/(g·h)),经助剂Zn和Na改性的Fe2Zn1-Na催化剂(n(Fe):n(Zn)=2:1,Na的负载量(质量分数)为2%)显示出最优的催化性能(CO_(2)转化率为36.5%,CO选择性为13.6%,C_(2)~C_(4)烯烷比为6.5)。并且在线反应80h后,该催化剂的催化活性和产物选择性仍保持相对稳定。采用N_(2)吸/脱附、XRD、H_(2)-TPR、CO-TPR、CO_(2)-TPD和XPS等对反应前后的催化剂进行了表征。表征结果显示,助剂Na可以促进Fe基催化剂在反应过程中Fe_(5)C_(2)相的形成和稳定存在;助剂Zn的引入使Fe基催化剂上形成了ZnFe_(2)O_(4)物相,同时在Na的作用下,大大提高了Fe2Zn1-Na催化剂的稳定性。与Fe-Na催化剂相比,Fe2Zn1-Na催化剂中Fe物种周围的电子云密度更强,低碳烯烃选择性更高,但诱导期略微变长。Na和Zn的添加不仅能够促进Fe基催化剂的碳化过程,还能增强催化剂的表面碱性,促进CO_(2)在其表面的吸附,从而提高CO_(2)转化率。