beat365工學院材料科學與工程系侯仰龍教授與beat365官方网站馬丁研究員合作，在碳化鐵(Fe5C2)的可控制備及其費托合成催化性能研究取得重要突破，成果以全文形式“Fe5C2 Nanoparticles: A Facile Bromide-induced Synthesis and as an Active Phase for Fischer-Tropsch Synthesis (FTS)”在線發表于國際著名刊物Journal of American Chemical Society (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja305048p )。
Fe5C2納米顆粒的合成機理
碳化鐵因其高磁飽和強度和高穩定性等特點，在2000多年前就被廣泛應用于人類生産、生活中。随着納米科技的發展，除了上述優點外，碳化物納米顆粒還被發現具有超順磁性、超高催化活性等特點，因而有可能被用于能源催化過程。費托合成，其反應過程可表述為nCO + (2n + 1)H2 à CnH2n+2 + nH2O，從1923年發現至今一直是将煤轉化為油品的重要反應。 我國能源形式具有多煤少油的特點，而随着生物氣、頁岩氣的開發， 費托合成在我國能源戰略中占據越來越重要的地位。鐵基費托合成催化劑因其價格低廉、烯烴選擇性高等特點受到廣泛關注，但由于費托反應及其複雜，其反應過程中的真實活性中心無法确定，因而很難實現對鐵基催化劑的調變乃至對反應行為的有效控制。
目前的碳化鐵制備方法繁瑣，常常采用成本高、形貌難以控制、操作也較繁複的高溫固相反應或者激光熱分解等技術。北大研究人員首次在相對溫和的條件下(623 K, 0.1 MPa)，液相制備出了形貌可控的Fe5C2納米顆粒。該方法主要利用了溴離子對于鐵納米顆粒穩定性的增強作用，使其一方面能夠作為Fe5C2納米顆粒的鐵源，另一方面保證其能夠催化長鍊烷胺斷鍊得到不飽和烴(作為碳源)而不被氧化。将此類Fe5C2納米顆粒催化劑應用于費托合成， 在較低溫度表現出對于一氧化碳活化的本征催化活性，其活性的出現遠早于對照組的傳統Fe基催化劑。 同時， 初始費托反應活性也兩倍于傳統Fe基催化劑，而産物選擇性、鍊增長因子也異于傳統還原氧化鐵催化劑。表明了此類碳化鐵材料在此重要能源催化反應中的潛力。
此外該Fe5C2納米顆粒除了可用于費托合成催化外，在催化加氫、高性能磁體和生物醫學等方面都具有重要的潛在應用價值。
Fe5C2納米顆粒的結構及催化性能表征
論文第一作者為beat365工學院博士生楊策，第二作者為beat365官方网站博士生趙華博。該項研究獲得國家自然科學基金與國家重大研究計劃的資助。
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