骨架铁-分子筛核壳双功能催化剂的创制及构效关系研究

本研究拟采用以碱抽提铁铝合金制备骨架铁，然后以水热法包覆分子筛的设计思想，制备骨架铁-分子筛核壳双功能催化剂。考察合金制备方法及组成、分子筛的种类、组成及厚度等对该新型催化剂费托合成反应性能的影响，阐明催化剂的结构和酸性与活性、稳定性、产物类型、产物分布之间的关系，为将合成气高选择性地转化为清洁、高辛烷值的汽油提供高效、稳定的原创催化剂体系，推动非石油资源高效、清洁转化利用的技术进步。

将来自天然气、页岩气、煤、生物质的合成气经由费托合成生产液体燃料，是替代石油精制路线的重要途径。通过费托合成生产的油品不含硫、氮、金属等污染物，能够很好地满足日益严苛的环境法规的要求，因此具有十分重要的经济价值和环境意义。然而，由于费托合成产物的链增长服从聚合机理，产物的选择性遵循ASF分布规律，因而限制了除甲烷和蜡外其他烃类如汽油馏分的选择性。我们在自然科学基金委的资助下，通过设计合成新颖的骨架铁-分子筛核壳催化剂R-Fe@HZSM-5，将多孔骨架铁优秀的费托合成活性与分子筛独特的裂解、异构能力有机地结合在一起，使合成气高效地一步转化为高辛烷值的清洁汽油，选择性是目前同类铁基催化剂的最好水平，并首次提出了分子筛壳层的新作用；采用配体辅助多组分自组装方法，制备了结构新颖的纳米铁粒子嵌于孔壁的Fe-介孔碳催化剂，考察了在费托合成反应中铁的粒径效应，并发现催化剂中纳米铁粒子独特的半暴露结构有利于提高催化剂的稳定性；拓展制备了Raney Co@HZSM-5和Raney Co@Hβ核壳催化剂，发现分子筛壳层不仅提高了汽油段产物选择性，而且分子筛的孔道尺寸能够对汽油段产物分布进行精细调控；制备了粒径小且均匀、热稳定性高的Fe–rGO催化剂，首次为石墨烯作为载体成功用于高温多相催化反应提供了解决方案；结合多种表征手段，探究了影响催化活性的本质原因。发表SCI论文23篇，其中13篇影响因子> 5。提交会议论文4篇，其中1篇为口头报告。申请中国发明专利2项，另授权 1项。培养博士4名，硕士1名。