乙炔还原金属有机骨架（MOFs）可控制备Co@C核-壳纳米粒子费托合成催化剂

　　费托合成可将煤炭、天然气、生物质等含资源经合成气转化为清洁液体燃料（汽柴油）和高附加值化学品（烯烃、醇、精制蜡等）。催化剂对该反应的活性、产物选择性和运行稳定性起着至关重要的作用。高活性、高稳定性的催化剂一直是费托合成领域的研究热点。中国科学院山西煤炭化学研究所、中科合成油技术有限公司、英国阿斯顿大学和贝尔法斯特女王大学的研究人员利用乙炔还原Co-MOF-74金属有机骨架材料可控制备Co@C核-壳催化剂，并深入研究了催化剂的结构和费托合成性能，相关的研究成果发表在2018年6月20日的《ACS Catalysis》上。 

　　在该研究中，具有一维孔道结构的Co-MOF-74提供了一种原子级分散的Co有机羧酸盐前驱体，乙炔气体在高温下还原Co-MOF-74中的Co元素形成金属钴粒子，而材料和气氛中的碳元素则在钴粒子表面自发形成多孔碳壳层。提高乙炔还原温度，多孔碳壳层的结构可以从无定型碳向石墨烯转变，而钴粒子尺寸则能控制在4-6纳米之间。该催化剂在260 oC、3.0 MPa的典型费托合成条件下，可将合成气高活性地转化为烃类化合物，烃产率高达4.0-5.2 gHC/g-Cat/h。研究发现钴粒子中合理的Co-O与Co-Co配位数，以及多孔碳壳的通透性是影响催化活性的至关重要因素。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）获得了Co-MOF-74和Co@C核-壳催化剂中Co-O和Co-Co键的键长、配位数和Co元素的还原度信息。在费托合成反应过程中，钴粒子中的Co-O和Co-Co配位结构不断重构，当Co-O配位数为4.0，Co-Co配位数为6.0时，钴粒子中的Co-O与Co-Co配位结构达到平衡态，催化剂展现出最佳的稳态活性和选择性。  

　　该研究提供了一种制备超高分散Co基费托合成催化剂的新方法，揭示了影响催化剂稳定性的微观结构信息，为新型高效催化剂的研发奠定了科学的基础。在这样研究工作中，同步辐射光源帮助研究人员认识了金属纳米粒子表面的微观结构信息。下一步结合原位技术，将为揭示工况下催化剂的活性相的微观结构变化提供有价值的信息。 

发表文章： 

　　Chenghua Zhang,* Xiaoxue Guo, Qingchun Yuan,* Rongle Zhang, Qiang Chang, Ke Li, Bo Xiao,* Suyao Liu, Caiping Ma, Xi Liu, Yuqun Xu, Xiaodong Wen, Yong Yang, and Yongwang Li,* Ethyne-Reducing Metal？Organic Frameworks to Control Fabrications of Core/shell Nanoparticles as Catalysts. ACS Catalysis 8(2018), 7120–7130.