低碳烯烴是一類具有極高附加值的石油化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化學(xué)品、塑料、涂料、化妝品等的生產(chǎn)制備。然而其傳統(tǒng)制備方法是通過石腦油在高溫高壓下蒸汽裂解分離，這種方法存在高能耗、低效率、資源浪費(fèi)等問題。 

　　為解決這一問題，科研工作者們利用費(fèi)托合成技術(shù)，通過一系列過渡金屬催化劑，將合成氣（CO+H₂）直接或間接轉(zhuǎn)化為低碳烯烴。經(jīng)過長期研究表明，常用的過渡金屬催化劑有鐵、鈷金屬負(fù)載型催化劑，通過將活性金屬負(fù)載到載體上，如氧化鋁、分子篩等，再通過一定的助劑，如鈉、鉀、錳等金屬元素進(jìn)行調(diào)控修飾從而達(dá)到提高反應(yīng)活性或產(chǎn)物選擇性的目的。而具有高活性的鎳基催化劑由于其過于強(qiáng)大的加氫能力，以及較弱的碳碳偶聯(lián)能力，在費(fèi)托合成過程中會更傾向于生成甲烷或一些低碳的飽和烴類。因此，如何將這種高活性的鎳基催化劑利用起來，通過一定的方法進(jìn)行調(diào)控使其加氫能力減弱，從而易于生成低碳烯烴具有重大的研究意義。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)中心的一個(gè)課題組對鎳基催化劑的性能調(diào)控進(jìn)行了深入研究，相關(guān)的研究成果于2019年12月16日發(fā)表在《Advanced Energy Materials》上。 

　　該課題組開發(fā)了一種新型的氧化錳修飾的金屬鎳催化劑（Ni/MnO），活性金屬鎳的電子結(jié)構(gòu)被氧化錳調(diào)控從而使其加氫能力大大降低，因此低碳烯烴選擇性明顯提高。通過簡單的雙滴法合成前驅(qū)體材料，并通過控制還原反應(yīng)溫度得到一系列不同還原程度的Ni/MnO催化劑。利用紫外可見光源照射進(jìn)行反應(yīng)，與金屬鎳直接負(fù)載在氧化鋁載體上的催化劑相比，其低碳烯烴選擇性明顯提高數(shù)倍。此外，通過光熱對比實(shí)驗(yàn)及流動相反應(yīng)，證明該反應(yīng)為一光熱反應(yīng)過程且催化劑的穩(wěn)定性良好。通過X射線光電子能譜、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜與理論計(jì)算進(jìn)一步說明該催化劑的活性金屬鎳表面由于氧化錳的電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生了明顯的電子富集現(xiàn)象，降低了不飽和反應(yīng)中間體加氫的能壘和脫附能，最終使得催化劑低碳烯烴的選擇性大幅提升。 

　　該研究為加氫能力過強(qiáng)的鎳基催化劑在費(fèi)托合成工業(yè)中的應(yīng)用提供了可能，并為催化劑加氫性能的調(diào)控提供了研究思路。在該研究工作中，利用北京同步輻射裝置開展的X射線吸收譜學(xué)研究幫助解開了催化劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的難題。 

　　發(fā)表文章： 

　　Yuanshen Wang, Yufei Zhao, Jinjia Liu, Zhenhua Li, Geoffrey I. N. Waterhouse, Run Shi, Xiaodong Wen and Tierui Zhang* Manganese Oxide Modified Nickel Catalysts for Photothermal CO Hydrogenation to Light Olefins, Adv. Energy Mater., 2019, 1902860.