综述：费托合成中活性碳化铁的表征、性能及合成与稳定化策略

（编辑推荐）本综述系统探讨了费托合成(FTS)中铁基催化剂活性相——碳化铁(如ε-Fe2 C、χ-Fe5 C2 )的表征技术(XRD/MES/TEM)、催化性能及相变机制，重点总结了碳化铁合成（如Raney-Fe碳化法）与稳定化策略（疏水改性/石墨烯封装），为开发高效稳定FTS催化剂提供理论支撑。

　　

费托合成与铁基催化剂

费托合成(FTS)是将煤/生物质合成气转化为高价值燃料的关键技术，其核心在于催化剂的选择。铁基催化剂因成本低廉、资源丰富且对烯烃选择性优异，成为工业首选。研究表明，铁物种在反应中经历复杂相变：初始Fe₃
O₄
经还原生成α-Fe，随后碳化为χ-Fe₅
C₂
等活性碳化铁相，而ε-Fe₂
C虽低温活性突出（150°C时液体燃料选择性达73%），却易向χ-Fe₅
C₂
转变。

铁相分析技术

X射线衍射(XRD)可识别晶相结构，但难以区分ε-Fe₂
C与χ-Fe₅
C₂
；穆斯堡尔谱(MES)通过超精细场差异（ε-Fe₂
C: 18.5 T, χ-Fe₅
C₂
: 20.7 T）实现精准鉴别。透射电镜(TEM)显示χ-Fe₅
C₂
纳米颗粒在270°C可直接催化合成气转化，无需活化步骤。

碳化铁对FTS性能的影响

χ-Fe₅
C₂
是公认的主活性相，其TOF值达4.59×10^?2
s^?1
，而θ-Fe₃
C在Mn促进剂存在时可提升C₂
-C₄
烯烃选择性。相变问题尤为突出：高温下碳化铁易被反应副产物H₂
O氧化为FeO_x
，导致催化剂失活。

活性碳化铁的合成策略

Wang团队通过精确控制Raney-Fe碳化条件（170°C预处理，H₂
:CO:N₂
=2:1:10）获得纯ε-Fe₂
C；而Fe₇
C₃
需CO气氛下300°C长时间碳化制备，其活性为χ-Fe₅
C₂
的3倍。

活性碳化铁的稳定化策略

疏水改性（如SiO₂
包覆）可阻隔H₂
O接触；石墨烯封装通过限域效应抑制相变；Mn/Cu促进剂则通过电子调控增强χ-Fe₅
C₂
稳定性。膜反应器实时分离H₂
O亦被证实有效。

结论与展望

未来研究需结合原位表征揭示碳化铁动态演变机制，开发多策略协同稳定化方案，推动铁基FTS催化剂向高效长寿命方向发展。