以单壁碳纳米管(SWNTs)为载体，制备了一系列不同钾修饰量的FeKx/SWNTs催化剂。在CO₂加氢制烯烃反应中，钾的修饰显著提高了CO₂转化率和烯烃选择性，并能够对低碳烯烃和高碳烯烃的选择性进行调节，从而为CO₂加氢制不同种类的烯烃提供了简便可行的策略和方法。

低碳烯烃(C₂–C₄=)和高碳烯烃(C₅₊=)是重要的工业原料，而且后者附加值更高。烯烃大多通过石脑油裂解等途径生产。相比之下，以CO₂和来源于可再生能/资源的 H₂为原料合成烯烃，能够实现对温室气体CO₂的资源化利用，缓解对化石能源等非可再生资源的依赖，因此受到了研究者的广泛关注。然而，由于CO₂分子本身的化学惰性，在高效催化CO₂加氢生成烯烃的同时，保持烯烃的C=C键不被加氢存在一定的难度。对于生成高碳烯烃，虽然高温有利于CO₂活化，但不利于碳链增长。因此，设计兼具高活性和高选择性的CO₂加氢制烯烃催化剂具有很强的挑战性。

针对以上重要科学问题，复旦大学乔明华教授课题组和北京石油化工科学研究院宗保宁教授课题组、上海师范大学李和兴课题组合作，设计制备了FeKx/SWNTs催化剂。通过对钾修饰剂含量的调节，不仅实现了较高的CO₂转化率和总烯烃选择性，并且实现了对烯烃产物中低碳烯烃和高碳烯烃选择性的有效调变。在钾修饰量大于3 wt%时，CO₂转化率和烯烃总选择性均保持在较高水平，分别为50%和60%左右。低碳烯烃的选择性和生成速率在钾修饰量为7 wt%时最高，分别为27%和16 μmolCO₂ gFe^–1 s^–1；高碳烯烃的选择性和生成速率在钾修饰量为3 wt%时达到最高，分别为40%和27 μmolCO₂ gFe^–1 s^–1。借助57Fe Mössbauer谱等表征手段，发现钾修饰剂提高了催化剂的表面碱性，促进了催化活性相χ-Fe₅C₂的生成，从而有利于提高催化活性。同时，钾修饰剂削弱了烯烃分子在催化剂表面的吸附，从而有效抑制了烯烃的二次加氢，提高了烯烃选择性。该工作为CO₂的高值化转化和烯烃的绿色可持续合成提供了一种有效的策略和方法。

论文信息：

Potassium as a Versatile Promoter to Tailor the Distribution of the Olefins in CO₂ Hydrogenation over Iron-Based Catalyst

Dr. Shunwu Wang, Yushan Ji, Xuancheng Liu, Dr. Shirun Yan, Dr. Songhai Xie, Dr. Yan Pei, Prof. Hexing Li

文章第一作者为博士生王顺武

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202101535