仪器表征，科学家揭示铁基催化剂稳定性与性能的提升新方法！

【科学背景】

铁基费托合成（FTS）催化剂是广泛用于合成气转化的重要催化剂，由于其产品分布灵活、反应条件广泛且成本低廉，因而成为了研究热点。然而，铁基催化剂在反应过程中，其铁碳化物活性相容易被生成的水氧化成Fe3O4，这导致催化性能逐渐下降，成为该领域面临的一大挑战。

有鉴于此，武汉大学定明月教授、Yanfei Xu等课题组在“Nature Communications”期刊上发表了题为“Effects of surface hydrophobization on the phase evolution behavior of iron-based catalyst during Fischer–Tropsch synthesis”的最新论文。科学家们提出了通过表面疏水化来保护铁碳化物活性相的策略。疏水表面能够在合成气转化过程中减少催化剂核心附近的水浓度，从而有效抑制水对铁物种的氧化。这一策略不仅增强了催化剂的C-C偶联能力，还促进了长链烯烃的形成。此外，研究进一步表明，适当的壳层厚度在稳定铁碳化物活性相、避免Fe3O4的生成以及实现良好催化性能方面发挥了关键作用。这一研究为开发高效、稳定的铁基FTS催化剂提供了新的思路。

【科学亮点】

(1) 本研究首次采用表面疏水化的方法，对铁基费托合成（FTS）催化剂进行改性，成功保护了铁碳化物活性相。通过实验发现，疏水表面能够在合成气转化过程中减少催化剂核心附近的水浓度，从而有效抑制了水对铁物种的氧化，保持了铁碳化物的稳定性。

(2) 通过调控催化剂表面的疏水壳层厚度，实验进一步揭示了壳层厚度在稳定铁碳化物活性相中的关键作用。结果表明，适当厚度的疏水壳层不仅有效防止了Fe3O4的形成，还显著增强了催化剂的C-C偶联能力，促进了长链烯烃的生成，最终实现了优良的催化性能。这一研究为铁基FTS催化剂的性能优化提供了新的思路和方法。

【科学图文】

图1：结构表征与催化性能。

图2：亲水性和疏水性催化剂的相变行为。

图3：通过表面疏水化抑制水对碳化铁的氧化

图4：壳层厚度对相结构与催化性能的影响。。

图5：氯对相变行为及CO吸附行为的影响。

【科学结论】

本文揭示了通过表面疏水化策略有效保护铁基费托合成催化剂中铁碳化物活性相的重要性。传统铁基催化剂在合成气转化过程中，铁碳化物活性相容易受到生成的水的氧化，从而导致Fe3O4的形成，严重影响催化性能。而通过在催化剂表面引入疏水层，可以显著减少水在催化剂核心区域的浓度，抑制铁物种的氧化过程，进而稳定铁碳化物活性相，增强催化剂的C-C偶联能力，促进长链烯烃的生成。此外，本文强调了壳层厚度在这一过程中的关键作用，适当的壳层厚度不仅能有效防止Fe3O4的形成，还能在保持催化剂良好性能的同时，确保其活性相的稳定性。此研究为开发高效、稳定的铁基FTS催化剂提供了新的思路和方法。

原文详情：Xu, Y., Zhang, Z., Wu, K. et al. Effects of surface hydrophobization on the phase evolution behavior of iron-based catalyst during Fischer–Tropsch synthesis. Nat Commun 15, 7099 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51472-w