综述：铁基催化剂上乙苯氧化脱氢制苯乙烯的挑战、前景与未来趋势

这篇综述系统探讨了铁基催化剂在乙苯氧化脱氢（ODH）制苯乙烯（ST）反应中的应用进展，重点分析了催化剂结构设计（如铁氧体、钙钛矿）、反应机理（Mars-van Krevelen机制）、氧化剂选择（CO2/H2O）对转化率（最高达80%）和选择性（>90%）的影响，并展望了生物质衍生乙苯和绿色催化合成等可持续路径。

　　

铁基催化剂的结构特性与催化性能

铁基氧化物凭借其丰富的氧化态（Fe³⁺/Fe²⁺）和路易斯酸性位点，成为乙苯氧化脱氢的核心催化剂。商业催化剂以α-Fe₂O₃为主相，但存在钾流失和积碳问题。研究显示，钴铁氧体（CoFe₂O₄）等双金属氧化物通过稳定Fe³⁺位点，可将苯乙烯选择性提升至94%，而镁铝尖晶石载体则通过调控酸碱性抑制积碳形成。

反应机理与氧化剂作用

乙苯脱氢遵循Langmuir-Hinshelwood机制：乙苯π电子与Fe³⁺位点结合，晶格氧抽取氢原子生成苯乙烯。CO₂作为温和氧化剂时，通过逆向水煤气变换反应（RWGS）消耗副产氢，使平衡转化率突破60%的热力学限制。实验证实，CO₂还能将积碳转化为CO，但对其是否再生Fe³⁺位点仍存争议。

失活与再生策略

催化剂失活主因包括Fe³⁺还原为低活性Fe₃O₄、钾迁移（Shell 205催化剂钾损失达27 wt.%）及多环芳烃积碳（占催化剂质量10%）。采用化学链反应器（CL-ODH）可分区完成还原-再生循环，配合CO₂原位消碳，使催化剂寿命延长3倍。

生物质路径与未来趋势

从木质素定向催化解聚获取乙苯的新工艺（如RuFe/Nb₂O₅催化剂选择性达63.4%）有望替代石油路线。Aspen Plus模拟显示，整合生物质热解、CO₂利用和余热回收的绿色工厂可减排40%。光催化体系（如R-TiO₂）在低温下的乙苯转化则为节能化提供新思路。

结论

开发高稳定性铁基催化剂（如钙钛矿型La_0.8Ba_0.2FeO_3?δ）、优化CO₂活化路径，并耦合生物质转化技术，将是实现苯乙烯绿色生产的关键突破方向。