镁改性FeCu催化剂提升CO2加氢制高级醇选择性的界面调控机制研究

《Catalysis Today》：Enhancing Higher Alcohols Selectivity in CO 2 Hydrogenation over FeCu Catalysts via Mg Modification

本文系统研究了镁改性对FeCu基催化剂在CO2加氢制高级醇（C2+OH）反应中的促进作用。通过构建Cu-χ-Fe5C2精准界面结构，显著提升了CO2/CO吸附能力与CHx/CO中间体协同偶联效率，最终实现25.4%的C2+OH选择性和110.1 mg·gcat-1·h-1的时空收率，为低碳资源转化提供了创新催化剂设计策略。

　　

Highlight

通过镁改性精准调控FeCu催化剂界面结构，实现CO₂高效转化制高级醇（C₂₊OH）

催化剂制备

FeCu基催化剂采用共沉淀法制备，以2Na/Fe₁Cu₂Mg₁（金属摩尔比Fe:Cu:Mg=1:2:1）体系为例：精确称取4.84克Cu(NO₃)₂·3H₂O、4.04克Fe(NO₃)₃·9H₂O和2.56克Mg(NO₃)₂·6H₂O，溶于200毫升高纯去离子水形成混合硝酸盐溶液。另将所需量Na₂CO₃配成沉淀剂溶液，在60°C恒温搅拌下将两溶液并流加入反应釜，控制pH=9.0进行共沉淀。所得浆料继续熟化2小时后过滤洗涤，120°C烘干12小时，最终500°C焙烧5小时获得催化剂前体。通过初湿浸渍法负载2wt%钠助剂，经H₂氛围350°C还原后用于性能评价。

CO₂加氢制高级醇催化性能

研究表明钠助剂可有效抑制过度加氢反应，降低甲烷等副产物选择性。当反应条件为320°C、5.0兆帕时，2Na/Fe₁Cu₂Mg₁催化剂展现最佳性能：CO₂转化率32.6%，C₂₊OH选择性达25.4%，时空收率（STY）为75.1毫克·克_cat^-1·时^-1。升温至380°C后，CO₂转化率跃升至55.4%，C₂₊OH时空收率突破110.1毫克·克_cat^-1·时^-1，且CO选择性骤降至6.7%，彰显其卓越的C-C耦合能力与产物调控潜力。

结论

镁改性通过抑制活性金属结晶生长、增强Cu-Fe相互作用，成功构建高分散Cu-χ-Fe₅C₂界面结构。该界面协同促进CO₂/CO吸附活化与CH_x/CO中间体偶联，为高级醇高效合成提供新范式。