Promotion of Metal–Organic-Framework-Derived Co@C Catalysts for Fischer–Tropsch Reaction by Physical Mixing of Aluminum Isopropoxide

费托法 催化作用 合成气 选择性 化学 热解 化学工程 金属有机骨架 尖晶石 无机化学 金属 材料科学 有机化学 冶金 吸附 工程类
作者
Xuan Su,Zhonghe Chen,Hui Ming Wai,Yanxi Pei
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.3c02454
摘要

The cobalt-catalyzed Fischer–Tropsch reaction is used industrially to convert syngas (CO + H2) into long-chain (C5+) hydrocarbons, and the enhancement of catalytic performance by the judicious introduction of additives and promoters has drawn wide interest. Previously, we showed that cobalt-based metal–organic frameworks (MOFs) can be used as sacrificial templates to prepare carbon-supported Co materials (Co@C) with high activity and selectivity for C5+ hydrocarbons. Here, we demonstrate that aluminum-promoted Co catalysts with excellent activity, selectivity, and stability can be readily obtained by simple mechanical mixing of a Co-MOF precursor with aluminum isopropoxide prior to pyrolysis. Under optimized conditions, CO conversions of 80% and C5+ selectivities of 82% could be attained at 2.9 MPa, 300 °C, 0.3 L/gcat./min space velocity and H2/CO = 2. In contrast, analogous materials prepared by impregnation of the same Co-MOF with aluminum nitrate were completely inactive due to the extensive formation of poorly reducible CoAl2O4 spinel. A combination of characterization techniques evinces a blocking effect served by the Al additives, which inhibits the aggregation of incipient cobalt nanoparticles during thermal decomposition. Overall, our findings could help guide the large-scale production of active Co catalyst systems.

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