氧化锰调控镍基催化剂光热催化CO加氢制备低碳烯烃

　　低碳烯烃是一类具有极高附加值的石油化工产品，广泛应用于精细化学品、塑料、涂料、化妆品等的生产制备。然而其传统制备方法是通过石脑油在高温高压下蒸汽裂解分离，这种方法存在高能耗、低效率、资源浪费等问题。 

　　为解决这一问题，科研工作者们利用费托合成技术，通过一系列过渡金属催化剂，将合成气（CO+H₂）直接或间接转化为低碳烯烃。经过长期研究表明，常用的过渡金属催化剂有铁、钴金属负载型催化剂，通过将活性金属负载到载体上，如氧化铝、分子筛等，再通过一定的助剂，如钠、钾、锰等金属元素进行调控修饰从而达到提高反应活性或产物选择性的目的。而具有高活性的镍基催化剂由于其过于强大的加氢能力，以及较弱的碳碳偶联能力，在费托合成过程中会更倾向于生成甲烷或一些低碳的饱和烃类。因此，如何将这种高活性的镍基催化剂利用起来，通过一定的方法进行调控使其加氢能力减弱，从而易于生成低碳烯烃具有重大的研究意义。中国科学院理化技术研究所超分子光化学中心的一个课题组对镍基催化剂的性能调控进行了深入研究，相关的研究成果于2019年12月16日发表在《Advanced Energy Materials》上。 

　　该课题组开发了一种新型的氧化锰修饰的金属镍催化剂（Ni/MnO），活性金属镍的电子结构被氧化锰调控从而使其加氢能力大大降低，因此低碳烯烃选择性明显提高。通过简单的双滴法合成前驱体材料，并通过控制还原反应温度得到一系列不同还原程度的Ni/MnO催化剂。利用紫外可见光源照射进行反应，与金属镍直接负载在氧化铝载体上的催化剂相比，其低碳烯烃选择性明显提高数倍。此外，通过光热对比实验及流动相反应，证明该反应为一光热反应过程且催化剂的稳定性良好。通过X射线光电子能谱、X射线吸收精细结构谱与理论计算进一步说明该催化剂的活性金属镍表面由于氧化锰的电子转移产生了明显的电子富集现象，降低了不饱和反应中间体加氢的能垒和脱附能，最终使得催化剂低碳烯烃的选择性大幅提升。 

　　该研究为加氢能力过强的镍基催化剂在费托合成工业中的应用提供了可能，并为催化剂加氢性能的调控提供了研究思路。在该研究工作中，利用北京同步辐射装置开展的X射线吸收谱学研究帮助解开了催化剂结构与性能关系的难题。 

　　发表文章： 

　　Yuanshen Wang, Yufei Zhao, Jinjia Liu, Zhenhua Li, Geoffrey I. N. Waterhouse, Run Shi, Xiaodong Wen and Tierui Zhang* Manganese Oxide Modified Nickel Catalysts for Photothermal CO Hydrogenation to Light Olefins, Adv. Energy Mater., 2019, 1902860.