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针对固体酸催化剂在丁醇脱水制丁烯中活性、选择性等不足的问题，研究人员通过溶胶 - 凝胶技术将 CeO?–Fe?O?二元氧化物引入介孔二氧化硅 MCM-41，制得 CFO/MCM-41 纳米复合材料。10wt% CeFeO?/MCM-41 性能最佳，该研究为高效催化剂设计提供思路。
在能源与化工领域，丁醇作为重要原料，其脱水制丁烯的工艺备受关注。当前，固体酸催化剂如 HZSM-5 虽有应用，但存在易积碳、选择性低等问题，制约了丁烯的高效生产。开发兼具高活性、选择性及稳定性的新型催化剂，成为突破现有技术瓶颈的关键。在此背景下，一项由研究人员开展的关于介孔二氧化硅负载 CeO?-Fe?O?催化剂的研究，为该领域带来了新的思路与希望，相关成果发表在《Applied Catalysis A: General》。
为解决现有催化剂存在的问题，研究人员以介孔球形二氧化硅（MCM-41）为载体，通过溶胶 - 凝胶技术将 CeO?–Fe?O?二元氧化物引入其中，制备了金属负载量为 3–30 wt% 的 CFO/MCM-41 纳米复合材料，经 550°C 煅烧后，将其作为催化剂用于异丁醇的气相脱水反应。
研究中用到的主要关键技术方法包括：采用 XRD、TG-DTA、ATR-FTIR、BET、TEM、EDX、XPS、吡啶吸附 FTIR 等多种表征手段，对催化剂的结构、表面性质、酸位点等进行分析；通过异丁醇气相脱水反应评价催化剂的活性与选择性；利用异丙醇转化反应进行表面酸度测量。
XRD 分析
低角度 XRD 分析显示，不同 CFO 负载量的 CeO?-Fe?O?/M550 催化剂均出现 (100)、(110) 和 (200) 衍射峰，证实其具有与 MCM-41 相同的六方排列均匀介孔结构，且有序介孔结构得以保留，表明 MCM-41 介孔框架在负载不同 CFO 后仍具有稳定性。
催化性能评价
在异丁醇气相脱水反应中，不同负载量的催化剂表现出差异。其中，10 wt% CeFeO?/MCM-41 样品在 350°C 时性能最佳，异丁醇转化率约达 92%，对异丁烯的选择性为 100%，丁烯生成速率为 45.10 mmol?g?1?h?1，且经五次重复使用仍保持优异稳定性。
结构与表面分析
多种表征结果证实，所制备的催化剂形成了热稳定且分散良好的活性相，同时存在 Lewis 和 Br?nsted 酸位点。催化活性差异与催化剂的酸度密切相关，Ce–Fe 相互作用调节了 Ce3+/Ce4+和 Fe2+/Fe3+的氧化还原状态，这对催化剂的酸度和催化性能起到关键调控作用。CeO?–Fe?O?/MCM-41 体系中，氧化铈与氧化铁的协同作用主要产生 Lewis 酸位点，同时伴有少量 Br?nsted 酸位点，这种优化的酸分布促进了选择性 E1 型消除途径，从而高效地将异丁醇转化为丁烯。
该研究成功开发了一种高效的 CeO?–Fe?O?/MCM-41 催化剂，为丁醇脱水制丁烯提供了新的有效途径。其优异的催化性能和稳定性得益于材料增强的结构完整性和优化的织构性质，以及 Ce 与 Fe 之间的协同作用对酸位点的调控。该研究成果不仅为解决现有催化剂存在的问题提供了可行方案，也为设计具有高活性、选择性和稳定性的固体酸催化剂提供了新思路和参考，在能源化工领域具有重要的应用前景和研究价值。
