FeOx团簇限域于ZSM-5的高效催化剂：突破费托合成低碳烃的理论极限

为解决传统Fe基催化剂在费托合成(FTS)中易积碳烧结、CO2选择性高等问题，研究人员通过Fe原位掺杂ZSM-5构建了限域型Fe5C2@C核壳结构催化剂。该催化剂实现了54.52%的C2-C4烃选择性（接近ASF分布理论极限56%），CO2选择性降低56%，并保持100小时稳定性，为绿色化工提供了新策略。

　　

在石油资源枯竭与低碳转型的双重压力下，费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis, FTS)技术成为从非石油资源生产高附加值低碳(C₂-C₄)烃的关键途径。然而传统Fe基催化剂面临积碳和烧结导致的失活难题，且CO₂副产物过高（>30%）严重制约原子经济性。针对这一瓶颈，山西大学的研究团队创新性地设计了一种Fe掺杂纯硅ZSM-5催化剂，相关成果发表于《Applied Catalysis A: General》。

研究团队采用原位掺杂法将Fe引入ZSM-5骨架，通过高温脱模板过程使Fe物种迁移形成~2 nm的FeO_x团簇，经合成气处理转化为限域于晶间的Fe₅C₂@C核壳颗粒。关键技术包括X射线衍射(XRD)相结构分析、透射电镜(TEM)观察纳米颗粒分布、程序升温还原(TPR)研究还原行为，以及原位红外光谱追踪反应机理。

Texture and Phase Identification of Fresh Catalysts
XRD证实Fe掺杂未破坏MFI拓扑结构，TEM显示Fe₅C₂粒径均匀（~6.5 nm），显著小于浸渍法制备的对照催化剂。TPR证明Fe-ZSM-5的还原温度降低57°C，表明其更易活化。

Conclusions
研究揭示Fe-ZSM-5的独特演化路径：骨架Fe→FeO_x团簇→Fe₅C₂@C核壳结构。碳壳层通过空间位阻抑制积碳，小尺寸Fe₅C₂减弱CO解离能力，使活性碳物种(C?)浓度降低83%。该设计使C₂-C₄选择性达54.52%，CO₂排放减少56%，且100小时内无失活。

该工作突破了ASF分布对产物选择性的限制，为绿色催化提供了新范式。其创新点在于：①首次实现ZSM-5晶间限域Fe₅C₂的精准构筑；②通过尺寸效应与限域作用的协同调控，同时解决积碳、烧结、CO₂排放三大难题。这种"结构决定性能"的设计理念对非均相催化剂开发具有普适指导意义。