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Green Carbon绿碳文章 | 宁夏大学高新华研究员、王康洲副教授：原位XRD揭示费托合成催化剂相变机制研究进展

已有 157 次阅读 2025-12-3 18:17 |个人分类:Green Carbon|系统分类:科研笔记

英文原题：Recent advances in the application of in situ X-ray diffraction techniques to characterize phase transitions in Fischer–Tropsch synthesis catalysts

作者：Fan Bo, Kangzhou Wang*, Jie Liang, Tiejian Zhao, Jie Wang, Yurong He, Xiaojiao Yang, Jianli Zhang, Yongjun Jiang, Xiaojing Yong, Wei Zhang, Xinhua Gao*

01 论文信息

论文信息

Bo F, Wang K, Liang J, et al. Recent advances in the application of in situ X-ray diffraction techniques to characterize phase transitions in Fischer–Tropsch synthesis catalysts[J]. Green Carbon, 2024.

论文关键词

Fischer–Tropsch synthesis；In situ XRD；Fe-based catalysts；Co-based catalysts；Phase transitions

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.09.009

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Recent advances in the application of in situ X-ray diffraction techniques to characterize phase transitions in Fischer–Tropsch synthesis catalysts

中文解读原链接

Green Carbon文章 | 宁夏大学高新华研究员、王康洲副教授：原位XRD揭示费托合成催化剂相变机制研究进展

02 背景简介

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随着人类对化石燃料过度开发，资源短缺和环境污染问题日益凸显。费托合成（FTS）作为一种利用非石油资源生产清洁燃料和高附加值化学品的重要途径，受到了科研界的广泛关注。在FTS反应中，Fe和Co基催化剂是常用的催化材料。然而，其在活化、反应及失活过程中活性相的动态演变机制尚不清晰。近年来，原位X射线衍射（XRD）技术的快速发展为解决这一难题提供了强有力的支持，它能够实时揭示催化材料在反应条件下的相演变过程，为科研人员深入了解催化剂物相演变提供关键信息。

来自宁夏大学高新华研究员团队于Green Carbon发表标题为“Recent advances in the application of in situ X-ray diffraction techniques to characterize phase transitions in Fischer–Tropsch synthesis catalysts”综述文章，总结了原位XRD技术在费托合成催化剂物相演变中研究进展及所面临的挑战与机遇，旨在为费托合成催化剂的设计提供理论指导，推动其进一步发展。

03 文章简介

FTS 催化剂相演变机制

深入理解FTS反应机理对于设计出高效的催化剂起着决定性作用。催化剂活性往往受到活性相尺寸、晶相以及晶面结构等多种因素的综合影响。在不同的反应条件下，Fe基催化剂中碳化铁相不断演变，深入研究催化剂在FTS过程中的相变情况，以及这种相变与反应性能之间的内在联系，能够为后续的研究工作提供坚实的理论基础。

原位XRD揭示—助剂和载体对FTS催化剂相演变的影响

助剂和载体对催化性能的影响起着至关重要的作用，过渡金属和贵金属助剂能够改善Co物种的分散性，增强催化剂的活性，有效提升FTS催化性能。载体的孔结构可有效地分散活性位点，促进反应过程中的传热，避免催化剂烧结，提高热稳定性。

原位XRD揭示—活化和碳化对FTS催化剂相演变的影响

催化剂活化过程对其性能有着重要影响。不同的气氛条件会导致不同的相演变路径，会生成不同结构的活性相，进而对催化剂性能产生显著影响。碳化过程会影响碳化铁相的组成和结构，进而影响催化剂的活性和选择性。此外，氧化过程也是影响Fe基催化剂性能的重要因素。在FTS反应中，水作为主要副产物，会导致碳化铁活性相的氧化，进而使催化剂失活。

总结及展望

基于原位XRD技术对FTS催化剂动态相变的解析，结合原位光谱、环境电镜与理论计算，揭示Fe/Co基催化剂活性相演变路径，总结助剂、载体诱导物相演变方法，为精准调控活性位点与产物选择性奠定基础。未来需结合机器学习预测相变规律，构建物相演变-反应微环境动态关联模型，推动高效催化剂的理性设计与性能优化，为现代煤化工的绿色低碳高质量发展提供技术支撑。

04 文章摘要

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Abstract

Fischer–Tropsch synthesis (FTS), an important route for the conversion of syngas into high-value-added chemicals, often relies on Fe- and Co-based catalysts. Catalyst performance has been improved by promoters, supports, and optimization of the activation process; however, in-depth studies on the evolution of the phase during catalyst activation, reaction, and deactivation are still lacking. In situ X-ray diffraction (XRD) effectively reveals the phase evolution of catalytic materials in real time. In this review, the use of in situ XRD to elucidate the influence of activation mode, promoters, and supports on the phase evolution and performance of Fe- and Co-based catalysts is examined. The challenges and opportunities in studying the phase evolution of FTS catalysts using in situ XRD techniques are summarized and discussed, and theoretical guidance for the design of FTS catalysts is provided in order to promote their development.

05 作者简介

高新华研究员

高新华，研究员，博士生导师。2017年毕业于日本国立富山大学，师从碳一化学领域国际著名专家Noritatsu Tsubaki院士。现为宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室副主任、自治区级“煤基应用催化”科技创新团队科研骨干。入选人力资源社会保障部高层次留学人才回国资助项目、2024 JCOU-ICCDU青年科学家奖获得者。主要从事碳一催化、煤化工工艺方面的科研和教学工作。在新型多相催化材料的设计、合成、原位表征及其在CO/CO₂催化转化应用等方面取得部分创新性工作，申请发明专利10余件，在Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research、Applied Catalysis B: Environmental等期刊发表学术论文120余篇，与国内外合作者在Science、Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、AIChE、ACS Catalysis等期刊发表系列研究论文；获省部级科研奖励2项、自然科学优秀论文奖2篇、科技成果登记5项。兼任中国颗粒学会青年理事、《中国化学工程学报（英）》青年编委、《洁净煤技术》青年编委、《燃料化学学报》学术编辑。

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王康洲副教授

王康洲，宁夏大学材料与新能源学院副教授。2022年于日本国立富山大学获得博士学位（导师Noritatsu Tsubaki院士）。研究方向为先进催化材料制备及其在碳资源转化方面的应用，相关研究成果以第一/通讯作者在Chem、ACS Catalysis、Applied Catalysis B: Environmental等期刊发表学术论文30余篇，授权中国发明专利3项，科技成果登记2项，主持省部级及企业横向课题7项，指导国家级大学生创新创业计划项目2项；获得日本文部科学省博士课程奖学金、中国发明协会发明创业创新一等奖、理工学教育部博士课程优秀毕业生、宁夏自然科学学术论文三等奖，大学生创新创业计划优秀指导教师等；担任Rare Metals、Chinese Journal of Structure Chemistry、Advanced Powder Materials青年编委。