在合成气转化过程中，铁基催化剂的活性相碳化铁容易被反应中生成的水氧化，导致催化活性降低、副反应严重。本文揭示了不同铁物相之间存在显著的尺寸差异，发现碳化铁氧化为Fe3O4是一个体积增加的过程，基于此设计构筑了多孔石墨碳封装碳化铁的新型催化剂，刚性石墨碳有效保护了碳化铁在反应中不被氧化，使其在CO转化率>80%、反应温度330℃等苛刻的反应条件下仍然可以保持稳定，进而表现出了超高的反应活性，并且添加适量Na助剂后C4+ α-烯烃的时空产率高达11.35 g·gcat-1·h-1。这项工作为设计高活性、高稳定性的铁基催化剂提供了新的思路。
背景介绍
α-烯烃是重要的有机化工原料，可用于合成高端润滑油、表面活性剂、增塑剂、以及用作聚烯烃共聚单体。传统的工业生产方式主要为乙烯齐聚，然而该工艺的操作条件苛刻、且产品为偶数碳的α-烯烃。费托合成（Fischer-Tropsch synthesis，FTS）可将煤/生物质基合成气直接转化为碳数连续分布的α-烯烃，该路径对于解决α-烯烃的市场需求、实现煤炭的清洁高效利用等方面均具有重要意义，近年来受到了研究者们的广泛关注。
铁基催化剂具有价格低廉、反应条件广、烃类分布易调控的优点，是常用的工业FTS催化剂。由于合成气转化过程中同时存在H2、CO、H2O对铁物种的还原、碳化、氧化过程，传统铁基催化剂在反应中通常会演变为碳化铁和Fe3O4的混合物相。碳化铁是FTS生成烃类产物的活性相，而Fe3O4则对水煤气变换副反应有着很高的反应活性。因此，保护碳化铁在反应中不被氧化对于提高烃类的时空产率、减少CO2生成是非常必要的。
本文亮点
1. 设计构筑了多孔石墨碳封装碳化铁的新型催化剂，并通过改变煅烧条件有效调控了石墨碳层的孔道结构。
2.揭示了不同铁物相之间显著的尺寸差异，并基于此利用刚性石墨碳有效保护了碳化铁在反应中不被氧化。
3.实现了超高的合成气制取C4+ α-烯烃的时空产率（11.35 g·gcat-1·h-1）。
总结与展望
本工作揭示了不同铁物相之间显著的尺寸差异，发现碳化铁氧化为Fe3O4是一个体积增加的过程，基于此设计构筑了多孔石墨碳封装碳化铁的新型催化剂，刚性石墨碳有效保护了碳化铁在反应中不被氧化，使得催化剂在合成气转化过程中表现出了超高的C4+ α-烯烃时空产率和相对较低的CO2选择性。该工作为稳定碳化铁活性相提供了一种新的思路。
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