JACS：MOF衍生的Ru1Zr1/Co双原子中心催化剂促进Fischer–Tropsch合成

钴基催化剂已广泛应用于工业上的Fischer–Tropsch合成(FTS)，然而，在原子水平上实现合理的催化剂设计，从而提高催化剂的活性，同时产生更多的长链烃类化合物，仍然是一个有吸引力的和困难的挑战。近日，具有独特电子和几何界面相互作用的双原子中心催化剂为开发性能更好的先进FTS催化剂提供了很好的机会。

基于此，清华大学李亚栋、中科院物理研究所杜世萱、中科院山西煤炭化学研究所陈建刚和温州大学孟格等以金属-有机骨架做为前驱体，在Co纳米颗粒(NP)表面设计了一种具有Ru和Zr双原子位点的Ru₁Zr₁/Co催化剂，其具有大大增强的FTS活性。

性能测试结果显示，在固定床试验中，所制备的Ru₁Zr₁/Co催化剂的TOF值高达3.8×10⁻² s⁻¹，Co时间收率时Co催化剂的12倍；Ru₁Zr₁/Co上的C₅₊产物的法拉第效率为80.7%，远高于Zr₁/Co、Ru₁/Co和Co催化剂(71.4%、66.4%和60.8%)。

此外，Ru₁Zr₁/Co催化剂还具有优异的稳定性，其能够在200℃下连续工作120个小时而没有发生明显的活性下降；Co纳米粒子在FTS反应后从平均尺寸4.5增长到8 nm，这导致Co中心的暴露减少，并且这解释了为什么Ru₁Zr₁/Co催化剂会发生轻微失活。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，Ru₁Zr₁/Co界面是高活性中心，促进了FTS中的C−O分裂和C−C的形成。

同时，相邻Ru和Zr原子的协同作用降低了限速步的能垒，使得催化剂比纯Co和Ru或Zr单原子催化剂具有更高的活性和长链烃选择性。

因此，该项工作证明了双原子位点设计在提高FTS性能方面的有效性，为制备具有双原子中心的金属基催化剂和优化工业催化剂的性能提供了有效的策略。

MOF-Derived Ru₁Zr₁/Co Dual-Atomic-Site Catalyst with Promoted Performance for Fischer–Tropsch Synthesis. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c09168