钴‐水滑石基催化剂用于光热费托反应制备低碳烯烃

　　低碳烯烃作为许多化学品的合成原料是当今化学工业的基本支柱。传统的制备低碳烯烃的方法是由大分子量的烃类裂解或由石油裂解得到。然而石油储量的逐渐下降迫使我们开发一种新型的制备低碳烯烃技术。与间接法合成烯烃相比，通过费托合成（FTS）将合成气直接转化为低碳烯烃被认为是最实用的方法。过去几十年来，Ni，Ru，Fe和Co基催化剂已被广泛研究并用于工业中的FTS。然而由于每种金属独特的电子结构，因此在FTS中每种金属催化剂所对应的产物选择性差别很大。通常情况下镍基催化剂更趋向于生成甲烷，钌基催化剂更有利于生成高碳烃。而铁基催化剂更容易生成低碳烯烃。然而，上述金属催化剂在高温条件下会烧结逐渐失活。然而Co基催化剂在FTS具有许多优点，例如在适中条件下具有较高选择性的高碳烃和较低选择性的氧化产物，优异的抗氧化和抗烧结性，以及良好的稳定性。此外，Co作为储量较为丰富的元素，因此其可以作为工业FTS的理想催化剂。在过去的几年中，Co基催化剂已经被用于制备低碳烯烃，但其性能并不是很好。研究者们，通过C掺杂的金属Co（Co2C）实现了高选择性低碳烯烃的制备。然而，用纯相的Co基催化剂来制备高选择性的低碳烯烃的报道很少。 

　　与传统的热催化FTS相比，太阳能驱动的FTS具有显著的优势。近几年，报道了大量利用光热或等离子体激元效应来驱动一氧化碳和二氧化碳加氢的工作。这些工作激发我们思考是否可以利用太阳能驱动FTS来制备低碳烯烃。水滑石（Layered double hydroxides（LDH）），是一类二维层状阴离子型化合物，以其层间离子可调控，层板金属可调控，层厚度可调节等优点而广泛的应用与光、电催化领域。中国科学院理化技术研究所的张铁锐研究员通过H2在300-700oC条件下还原ZnCoAl水滑石纳米片，成功制备了一系列不同化学成分的新型Co基光热催化剂。 

　　为了更好的研究在不同温度条件下还原后的催化剂的物相，利用北京同步辐射装置（BSRF）更加精确的分析了Co-x(x代表还原温度)的结构。由同步辐射X射线吸收谱可得随着还原温度的逐渐升高金属钴的物相逐渐由氧化态向金属相转变。在UV-vis辐射下，在450℃下制备的光热催化剂显示出显著的一氧化碳加氢性能，CO转化率为15.4%，低碳烯烃选择性为36.0%，低碳烯烃/烷烃比为6.1。活性催化剂由ZnO–Al2O3混合金属氧化物负载的Co和Co3O4纳米颗粒组成。本工作为制备低碳烯烃开辟了一条新的制备路径。同步辐射作为一种高端的表征手段将会在催化的领域起到较大的作用。 

发表文章： 

　　Zhenhua Li, Jinjia Liu, Yufei Zhao, Geoffrey I. N. Waterhouse, Guangbo Chen, Run Shi, Xin Zhang, Xingwu Liu, Yinmao Wei, Xiao-Dong Wen, Li-Zhu Wu, Chen-Ho Tung, and Tierui Zhang*, Co‐based catalysts derived from layered‐double‐hydroxide nanosheets for the photothermal production of light olefins. Advanced Materials, 2018, 30, 1800527.