高助剂负载Fe:Zn:Cu:K催化剂在CO2费托合成中的性能突破：活性选择性与再生机制研究

本文系统比较了不同Cu/K助剂负载量的铁基催化剂在CO2费托合成（CO2-FT）中的性能差异。研究发现高助剂负载催化剂在高温高转化率条件下能显著提升重烃（C5+）选择性，并通过CO2/H2氛围下的降压升温操作实现原位再生（rejuvenation），为工业级CO2制长链烃催化剂设计提供了新策略。

　　

章节亮点

催化剂制备

本研究采用两种合成方法制备催化剂样品。第一种参照文献[23] protocol：将Fe(NO₃)₃·9H₂O（3 M）与Zn(NO₃)₂·6H₂O（1.4 M）溶液混合形成Fe/Zn原子比100:10的溶液，同时配制1.0 M (NH₄)₂CO₃缓冲溶液。两溶液并流加入反应器并控制pH=9.0，生成沉淀经洗涤干燥后煅烧（350°C/3 h）。随后通过初湿浸渍法添加Cu(NO₃)₂·3H₂O和K₂CO₃溶液，最终获得(FeZn)1Cu4K催化剂（原子比Fe:Zn:Cu:K=100:10:1:4）。

第二种方法针对高助剂负载催化剂：

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  (FeZn)10Cu10K：在FeZn共沉淀载体上浸渍Cu和K（原子比100:10:10:10）

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  (FeZn10Cu)10K：将Cu与Fe/Zn共同共沉淀（Cu(NO₃)₂与铁锌盐溶液混合），再浸渍K达到相同原子比。

催化剂表征

X射线衍射（XRD）显示：(FeZn)1Cu4K催化剂存在α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃晶相，同时检测到Fe₃O₄/ZnFe₂O₄复合衍射峰。通过Scherrer方程计算2θ=49.3°处衍射峰，得出Fe₂O₃平均晶粒尺寸为18 nm。高助剂负载催化剂(FeZn)10Cu10K和(FeZn10Cu)10K显示出更复杂的物相组成……（后续表征描述延续原文专业表述）

结论

本研究通过对比传统催化剂(FeZn)1Cu4K与两种高助剂负载催化剂（原子比均为100:10:10:10）发现：无论采用共沉淀或浸渍法添加铜，高Cu/K负载均能显著提升重烃选择性。特别值得注意的是，高助剂催化剂在经历CO₂/H₂氛围的原位再生后，几乎完全恢复初始活性且保持优异的C₅₊选择性，而传统催化剂再生后出现明显轻质化产物偏移现象。这一发现为设计高稳定性CO₂-FT工业催化剂提供了关键理论依据。