近期，12BET宋源军博士与国家能源集团北京低碳与清洁能源研究所（低碳所）王鹏、蒋复国等合作，研究了以稳定纯相“ε-碳化铁”为活性相的新型费托合成铁基催化剂的微观结构和形成过程，结果发表于顶级学术期刊《Science Advances》上，文章标题为"Synthesis of stable and low-CO2 selective ε-iron carbide Fischer-Tropsch catalysts"。
铁基费托合成催化剂具有硫耐受性高，成本低，操作弹性大，高附加值化学品选择性高的优点，特别适用于煤间接液化技术，即煤基费托合成技术（适合我国富煤、缺油、少气为特点的化石能源结构）。传统费托合成铁基催化剂，通常会有约30％以上的CO反应物转化为CO2，这些CO2在费托合成阶段不仅难以捕获利用，反而会消耗大量能源。低碳所的王鹏等人发展了一种普适性的纯相碳化铁合成方法，首次100%纯相稳定合成了一直被认为不稳定的费托合成活性相“ε-碳化铁”，实现了费托合成铁催化剂本征CO2副产物选择性为0，打破了以往认为费托合成铁催化剂具有高CO2选择性的认识。
为了探究“ε-碳化铁”的微观结构和形成过程，宋源军博士及王荣明教授利用环境气氛球差电镜Titan ETEM在特定温度与气氛下，实时观察到α-Fe相在催化剂表层碳化生成“ε-碳化铁”的过程。借助原子级高分辨成像，观测到大约3 nm纳米厚度的“ε-碳化铁”，外延生长在纳米铁颗粒表面。通过傅里叶变换得到的衍射图样证明，其特征晶格常数为2.1埃，这正是“ε-碳化铁”的101晶面。而纳米铁100晶面的特征晶格常数是2.0埃，因而两种晶体之间有13.6o的错层。经过图像过滤，得到晶格图像c，可清楚观测纳米铁与其表面“ε-碳化铁”的界面所在，以及两者因为晶格常数的不同所产生的差排。
该项工作获得了国家自然科学基金，北京市重点实验室运行经费以及12BET中央高校基本科研业务费的支持。
环境气氛球差校正电镜TitanETEM特别适合研究催化反应、高温相变等过程的物相变化和微结构的分析，是揭示很多反应过程“黑匣子”的研究利器，对催化反应中缺陷的变化、活性相和活性位点的特性等重要机理的研究有非常重要的作用。
论文链接：http://advances.sciencemag.org/content/4/10/eaau2947/tab-pdf
