费托合成（FTS）是一种将煤炭，生物质和页岩气转化为燃料和化学物质（例如低级烯烃，汽油，柴油等）的重要方法。近年来，以商业规模部署FTS的动机不断增强，这推动了高性能催化剂的发现。特别地，已经认识到载体在调节金属活性方面的重要性，碳质材料作为FTS的载体已引起广泛关注。

有鉴于此，中科院大连化物所刘健研究员和辽宁师范大学Vitaly V. Ordomsky等人，综述了以活性炭(AC)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维(CNFs)、碳球(CSs)和金属有机骨架(MOFs)衍生的碳质材料为载体制备用于FTS的碳基催化剂的研究进展。从载体和金属性质、活性和产物选择性以及它们之间的相互作用等方面对FTS碳基催化剂进行了系统的评价。最后，提出了碳基催化剂在FTS工业应用中面临的挑战和未来的发展趋势。

本文要点

1）主要挑战仍然是碳基材料的高成本。碳基材料应使用可利用的原材料以较低的制备成本进行制造。高昂的价格使其不适合费托的大规模生产过程。第二个挑战来自碳基材料在氧化气氛中的稳定性不足。催化剂再生可能需要进行氧化后处理，这对于碳基催化剂可能会造成问题。另一个挑战来自负载在碳材料上的金属催化剂可能失活。弱的金属与载体之间的相互作用可能导致反应过程中金属颗粒的聚集，从而失去活性表面积。最后，必须将纳米级碳负载催化剂造粒为合适的尺寸和形状，以满足工业应用。尽管某些碳基载体的机械强度很高，但球团化碳基催化剂的机械强度通常较弱，需要进一步研究以实现工业应用。另外，碳基载体的密度远低于传统载体如SiO₂，Al₂O₃和TiO₂。碳基材料的低密度和非粘合特性可能会进一步加剧反应过程中催化剂的破碎

2）未来的研究方向包括：（1）随着先进的多孔碳制造技术的发展，应开发具有可调孔径和分级多孔结构的碳基材料作为FTS的载体。（2）通过使用由氧化物和碳组成的混合结构，可以克服碳基材料的缺点，例如机械强度弱，稳定性差以及无法在氧化气氛中再生。（3）应改进金属负载催化剂的金属负载技术，以控制金属粒径，分散性和催化性能。（4）可以设计碳基材料作为各种非均相催化应用的模型载体，研究金属颗粒的固有催化性能（粒径，助催化剂作用，活性相的形成）。（5）应研究碳基材料对铁和/或碳化钴的形成的影响，因为它们的形成会严重影响FTS活性。

参考文献：

Yanping Chen et al. Carbon-based catalysts for Fischer–Tropsch synthesis. Chem. Soc. Rev., 2021.

DOI: 10.1039/D0CS00905A

https://doi.org/10.1039/D0CS00905A