NG石墨烯文獻(xiàn)報(bào)告

1、Chen X, Bao X, et al. N-doped graphene as an electron donor of iron catalysts for CO hydrogenation to light olefinsJ. Chemical Communications, 2015, 51(1): 217-220.（IF = 6.834）合成氣制低碳烯烴的重要意義費(fèi)托合成制低碳烯烴的缺點(diǎn): ASF分布；采用鐵基催化劑制低碳烯烴時(shí)的特點(diǎn): 低成本；能有效提高低碳烯烴的選擇性； 對(duì)載體和助劑的電子特性很對(duì)載體和助劑的電子特性很敏感；敏感；Introduction在制低碳烯烴的過(guò)程中Na

2、 和 K助劑作為給電子體（electron donor）不同載體如二氧化硅，三氧化二鋁，碳材料和沸石等；它們與催化劑活性中心的電子相互作用對(duì)產(chǎn)物選擇性的影響至關(guān)重要“carbon material have attached great attention as the potential candidate because of their unique structural and electronic properties”將鐵限制在碳納米管內(nèi)與鐵負(fù)載在碳納米管表面對(duì)費(fèi)托合成的產(chǎn)物選擇性有很大的影響;（electronic environment)石墨烯被用作載體；優(yōu)點(diǎn)是比表面積大，具有

3、特殊的電子效應(yīng)。缺點(diǎn)是純的石墨烯呈化學(xué)惰性 Introduction摻雜入氮元素的石墨烯能夠有效的為鐵基催化劑提供電子，進(jìn)而提高了合成氣制低碳烯烴的性能 文章的結(jié)構(gòu)Fe/NG制備制備FTS活性測(cè)試活性測(cè)試Fe/NG催化劑的微觀結(jié)構(gòu)；此催化劑下催化劑的微觀結(jié)構(gòu)；此催化劑下合成氣產(chǎn)烯烴表現(xiàn)出高活性與高選擇性合成氣產(chǎn)烯烴表現(xiàn)出高活性與高選擇性N摻雜入催化劑對(duì)其活性位的影響摻雜入催化劑對(duì)其活性位的影響ICP-OES、TEM、XRDXAS、XANES、XAFS 、 XRD文章的思路確定了確定了Fe/NG催化劑的形貌催化劑的形貌進(jìn)行進(jìn)行FTS活性測(cè)試活性測(cè)試N的摻雜對(duì)催化劑性能的影響的摻雜對(duì)催化劑性能的影

4、響制備制備Fe/XC-N催化劑來(lái)進(jìn)一步考察催化劑來(lái)進(jìn)一步考察N的影響的影響為理解為理解N對(duì)反應(yīng)影響的本質(zhì)，對(duì)反應(yīng)影響的本質(zhì)，研究研究Fe/NG催化劑的活性位催化劑的活性位Fe/NG的制備Li3N四氯化碳溶劑熱法溶劑熱法25010h1:1 乙醇水溶液Fe/NG超聲輔助浸漬超聲輔助浸漬Fe loadings: 8wt%三聚氯氰NGNitrogen content：4.5 ， 8.4 ，16.8（N/C原子比）原子比）硝酸鐵12 ICP-OES:確認(rèn)了催化劑中鐵的負(fù)載量約為8% TEM&HRTEM：Fe/NG催化劑和NG一樣保持了納米薄片結(jié)構(gòu),這樣的結(jié)構(gòu)使得納米粒子充分分散 XRD:分散的納米粒子為

5、Fe2O3相 XPS:表征了氮元素的摻雜水平和C-N鍵構(gòu)型。合成的NG 的氮含量有 4.5%,8.4%, 16.4% (N/C)三類The Ranman spectra:表明了氮元素?fù)诫s入石墨烯Fe/NG形貌結(jié)構(gòu)表征定量了各催化劑樣品上鐵的擔(dān)載量反應(yīng)前催化劑上的分散相為Fe2O3相 ；N的摻入使得鐵粒子更好的分散XRDFe/NG催化劑的形態(tài)和結(jié)構(gòu)Fig. 1 NG 和Fe/NG樣品的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。 (a)NG16.4.的TEM圖像(b)反應(yīng)前Fe/NG16.4的TEM圖像(c)反應(yīng)前Fe/NG16.4的HRTEM圖像 ； 紅 色 標(biāo) 注 區(qū) 域 展 示 的 是Fe2O3納米粒子在石墨烯納米薄片上

6、的分散情況 ；插圖是Fe2O3納米粒子的面積分布圖Fe/NG樣品在進(jìn)行TEM測(cè)試前首先在350氬氣中處理了1hFe/NG仍保持了和NG樣品一樣的納米薄片結(jié)構(gòu)：HRTEM圖像表明Fe/NG納米片結(jié)構(gòu)使得納米粒子充分分散，平均面積是4nm實(shí)驗(yàn)部分 固定床反應(yīng)器：H2/CO=1:1，溫度為340，GHSV=5000h-1 反應(yīng)壓力為0.5MPa 反應(yīng)尾氣在線分析：Agilent 7890ATable S3. The catalytic performance of Fe/NG samples for CO hydrogenation. FTS反應(yīng)性能Reaction condition: 100 m

7、g catalyst, Fe loading = 8 wt.%, GHSV = 5000 h-1, H2 :CO = 1:1, 340 , a.P = 0.5 MPa, b. P = 1.0 MPa.使用Fe/NG催化劑在0.5MPa下合成氣生成低碳烯烴的選擇性約為50%；加入更多的氮提高了CO轉(zhuǎn)化率（促進(jìn)了鐵的分散）；XRD圖和文獻(xiàn)提高氮的摻雜量會(huì)限制碳鏈的增長(zhǎng)，使甲烷選擇性升高。Table S4. The catalytic performance of Fe/XC and Fe/XC-N for CO hydrogenation.Reaction condition: 100 mg ca

8、talyst, Fe loading = 8 wt%, GHSV = 5000 h-1, H2 :CO = 1:1. 340 , a. P = 0.5 MPa, b. P = 1.0 MPa.Fe/XC低碳烯烴的選擇性在0.5MPa與1MPa只有29.0%和17.5%,而當(dāng)使用Fe/XC-N時(shí)提高到35.6%和35.9%Fe負(fù)載于NG與XC-N載體，低碳烯烴選擇性有很大差別的原因是什么？Table S1. Composition of NG samples, XC-72 and XC-N estimated by XPS.在相同反應(yīng)條件下，烯烴選擇性的差異可能是因?yàn)镹G含有更高的氮含量；同時(shí)也

9、進(jìn)一步證明了在石墨烯中摻雜氮能提高低碳烯烴的選擇性Fig. 2 The performance of CO hydrogenation to light olefins by Fe/NG catalysts. The product distribution of CO hydrogenation by Fe/NG4.5 (a)Fe/NG8.4 (b) and Fe/NG16.4 (c) at various reaction temperature andpressure. (d) C2=C4= selectivity of Fe/XC, Fe/XCN and Fe/NG16.4 atvar

10、ious reaction temperature and pressure. Reaction condition: 100 mg catalyst, Fe loading = 8 wt%, GHSV = 5000 h-1, H2 :CO = 1 : 1.隨著空速降低，CO的轉(zhuǎn)化率有顯著的增加，低碳烯烴的選擇性仍保持較高水平Fe/NG催化劑下進(jìn)行的反應(yīng)在超過(guò)90h的過(guò)程中維持了較高的低碳烯烴選擇性 XAS:反應(yīng)前Fe/NG與Fe/XC樣品均形成Fe2O3； N使NG上的電子轉(zhuǎn)移給Fe XANES：Fe/NG催化劑和NG一樣保持了納米薄片結(jié)構(gòu),這樣的結(jié)構(gòu)使得納米粒子充分分散 XRD（反應(yīng)后）：

11、與Fe/XC催化劑相比Fe/NG催化劑有更多還原過(guò)的鐵；反應(yīng)后Fe/NG催化劑中鐵主要呈低價(jià)態(tài)Fe7C3和Hgg Fe5C2反應(yīng)前后催化劑的結(jié)構(gòu)和電子特性Normalized XAS of Fe L-edge of original Fe/NG and Fe/XC samples measured in a total electron yield (TEY) mode. The samples was treated in Ar at 350 C for 1 h before XAS tests.Fe2O3 的特征Fe的L3,2-edge峰反應(yīng)前Fe/NG與Fe/XC樣品均形成Fe2O3Fe

12、/NG樣品的Fe的L3,2-edge峰與Fe/XC樣品相比有顯著的降低，并且隨著氮元素含量的增加而進(jìn)一步減小。此結(jié)果表明N使NG上的電子轉(zhuǎn)移給Fe（3d軌道被電子填充）XASXRD patterns of Fe/NG and Fe/XC samples after reaction. Fe7C3的特征峰： 42.6 和 44.9Hgg Fe5C2的特征峰： 43.4 和 44.9Fe/NG-FT樣品中這些分布較寬，強(qiáng)度較弱的峰表明這些碳鐵化合物在反應(yīng)后仍是高度分散的。確認(rèn)了Fe/NG樣品反應(yīng)后仍保持了低的化學(xué)價(jià)態(tài)XRDNormalized XANES spectra of Fe K-edge

13、of Fe/NG and Fe/XC samples after reaction compared with standard Fe foil and Fe2O3 samples.XANESFe/NG催化劑與Fe/XC催化劑相比有更多的還原態(tài)鐵XRD，XANES，XAFS相互印證了這一點(diǎn)Fourier-transformed k3-weighted EXAFS signal of Fe/NG and Fe/XC samples after reaction compared with standard Fe foil and Fe2O3 samples. XAFSFe-C 鍵在 1.4 A Fe-Fe 2.1 AFe-O 1.4 AFe-O-Fe 2.6 A符合Fe2O3相的特征 N元素的含量的提高限制了碳鏈增長(zhǎng)； 石墨烯中的N原子提高了低碳烯烴的選擇性； CO轉(zhuǎn)化率隨著Fe/NG催化劑N含量的增加而提高 N促進(jìn)了金屬粒子的分散 N促進(jìn)了電子由NG轉(zhuǎn)移到Fe N摻雜石墨烯