Insight into the role of Fe5C2 in CO2 catalytic hydrogenation to hydrocarbons

催化作用 选择性 碳氢化合物 碳化物 费托法 化学 相(物质) 化学工程 无机化学 有机化学 工程类
作者
Junhui Liu,Guanghui Zhang,Xiao Jiang,Junhu Wang,Chunshan Song,Xinwen Guo
出处
期刊:Catalysis Today [Elsevier]
卷期号:371: 162-170 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.cattod.2020.07.032
摘要

Iron-based catalysts have been widely used to synthesize value-added hydrocarbons through CO2 hydrogenation. Fe carbide, Fe5C2, was proposed as the active phase responsible for CC coupling during the chain growth. However, the reaction mechanism over iron-based catalysts is still under debate due to the presence of multiple phases of Fe species. In this work, Fe5C2 and K-modified Fe5C2 were prepared and used to study the relationship between the Fe phase, catalytic performance and reaction pathways. CH4 and CO selectivities of 46.1 C-mol% and 2.8 C-mol% were obtained on Fe5C2 at a CO2 conversion of 49.8 %, with the main hydrocarbon products being alkanes. With the addition of the promoter K, the C2-C4= selectivity increased to above 38.0 C-mol%, and the selectivity to C5+ hydrocarbons increased to 23.9 C-mol% at a similar CO2 conversion. CH4 and C2+ hydrocarbons formed through the CO2→CO→hydrocarbons (indirect) route over K-modified Fe5C2, whereas the direct hydrogenation route occurred on unmodified Fe5C2 in addition to the indirect route of CO2 to CO to hydrocarbons through Fischer-Tropsch synthesis (FTS) processes. This work offers insights in direct CO2 hydrogenation over Fe5C2 and Fe3O4-Fe5C2 catalysts, which advances the understanding of the functions of active phases and reaction pathways of CO2 hydrogenation over iron-based catalysts.
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