氧原子在θ-Fe_(3)C不同晶面的吸附及移除机理

碳化铁θ-Fe_(3)C作为费托反应活性相之一,其氧化造成了催化剂的严重失活。探究氧原子在碳化铁晶面的吸附及移除机理有助于理解氧化过程,为提高催化剂的稳定性提供参考。本工作通过理论计算研究了低覆盖度下氧原子在θ-Fe_(3)C不同晶面的吸附,其在(110)晶面吸附最强,(001)晶面次之,(011)晶面吸附最弱,即(110)容易氧化。原子热力学研究表明,增大H_(2)O分压或降低温度有利于氧原子吸附,容易造成表面氧化。此外,在典型费托反应条件下(110)晶面氧原子的覆盖度最高,进一步证明该晶面易氧化,与低覆盖度吸附结果一致。对移除路径进行计算得出,(011)晶面吸附氧原子直接与CO反应以CO_(2)方式移除能垒较低(0.84 eV);(001)与(110)晶面吸附氧原子主要通过OH歧化以H_(2)O方式移除,但后者形成O−H键需要克服的能垒更高(1.72 vs 1.47 eV)。

含铁锰的有机凝胶原位还原和碳化及其费托合成反应性能

本研究制备了系列含Fe、Mn的有机凝胶前驱体,在氩气氛围下通过高温热处理,凝胶中铁物种被有机物原位分解进行还原和碳化,制备出了θ-Fe_(3)C含量不同的费托合成催化剂。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、Raman、CO-TPD、CO_(2)-TPD、XPS和TEM等手段对催化剂的结构组成、表面性质以及活性物种的电子价态进行了系统的表征和分析。实验结果表明,热处理后获得的催化剂含石墨碳、θ-Fe_(3)C、Fe^(0)和(FeO)_(0.497)(MnO)_(0.503)物相,费托反应后催化剂的结构保持稳定,物相种类不发生变化。考察了反应条件对催化性能的影响,FeMn10催化剂具有较优的催化性能,CO转化率为57.3%,低碳烯烃(C_(2)-C_(4))选择性为37.1%,其中,θ-Fe_(3)C物相作为催化活性位点,催化剂的活性和低碳烯烃的选择性与θ-Fe_(3)C的含量具有正相关性。