α-和γ-混合相Fe?O?的构建能够增强晶格氧的释放，从而在低温下实现对H?S的选择性催化氧化

　　氧空位调控的Fe?O?催化剂通过柠檬酸辅助分步热解法合成，形成α-与γ-Fe?O?晶格界面，增强表面氧空位密度及晶格氧活化能力，实现130℃下H?S选择性催化氧化（去除效率>95%，硫选择性>85%）并抑制积碳失活。

　　
近年来，过渡金属氧化物催化剂在气体净化与资源回收领域受到广泛关注。其中，Fe?O?基催化剂因其优异的酸性气体吸附特性备受重视，但普遍存在的低温活性不足与硫中毒问题制约了实际应用。针对这一技术瓶颈，研究团队创新性地采用柠檬酸辅助的共热法合成新型混合晶相Fe?O?催化剂，在130℃低温下实现了H?S选择性催化氧化效率超过95%的突破性进展。

该研究突破传统制备模式，通过引入柠檬酸作为结构导向剂和氧空位调控剂，成功构建了α-Fe?O?与γ-Fe?O?的晶界复合体系。X射线衍射分析显示，催化剂表面形成了特有的异质结构界面，其中γ相铁氧化物特有的晶格氧活性位点与α相的高氧空位浓度形成协同效应。这种晶相杂化结构不仅增强了氧分子的解离效率，更通过界面氧迁移通道实现了活性氧物种的定向富集。

在催化机理方面，研究揭示了双路径活性氧生成机制：一方面，表面氧空位通过Fe3?→Fe2?还原反应形成活性氧中心；另一方面，晶界处γ相的弱键氧原子更易解离产生自由基活性氧。这种双重氧活性位点协同作用，使得催化剂在低温下仍能保持高氧化效率。实验数据显示，Fe?O?-1催化剂在60小时连续运行中，H?S氧化选择性稳定在85%以上，远超传统Zr基或Mn掺杂催化剂的工业应用阈值。

表面化学性质调控是本研究的关键创新点。通过柠檬酸与Fe3?的配位-解离反应，在催化剂表面形成了梯度分布的酸碱基团。高分辨能谱分析表明，表面氧空位密度达到2.3×101? cm?2，同时金属氧化物表面本征酸碱位点比例达到1:1.5的黄金比例。这种表面化学环境优化不仅有效抑制了H?S的过度吸附，还通过调控硫中间体的吸附能（Dscat=1.2 eV），显著提升了硫单质的脱附效率。研究团队开发的表征方法（包括原位TPD和Operando DRIFTS）证实，催化剂表面形成了独特的"氧空位-酸碱位点"协同结构，使活性氧寿命延长了3倍以上。

制备工艺创新方面，研究团队开发了分段热解法（stepwise pyrolysis）。该方法通过控制前驱体溶液的pH值（2.5-3.2）和热解温度梯度（400℃→600℃），成功实现了铁氧化物的晶相定向生长。特别在500℃关键温度点，通过柠檬酸分解产生的CO?和H?O蒸气，在催化剂表面诱导出高密度氧空位（Ov浓度达8.7×101? cm?2），同时γ-Fe?O?的晶格氧键能降低至485 kJ/mol，较传统制备方法提升17%。这种精准的晶格氧调控技术，使得催化剂在低温下仍能保持足够的氧化活性。

工程应用价值方面，研究团队建立了催化剂性能-结构构效关系模型。通过系统调控柠檬酸添加量（0.5-2.0 wt%）和煅烧制度（温度/时间/气氛配比），成功实现了催化剂表面氧空位密度与酸碱位点比例的精准调控。优化后的Fe?O?-1催化剂在5000 ppm H?S浓度下，130℃反应温度下达到98.7%的氧化效率，硫选择性稳定在82-85%区间，较现有工业催化剂（如Mn基催化剂）性能提升超过40%。特别值得注意的是，该催化剂在连续运行120小时后仍保持90%以上的活性稳定性，突破了传统Fe基催化剂易硫中毒的技术瓶颈。

该研究为发展新一代高效低能耗催化技术提供了重要参考。其创新点体现在：① 柠檬酸辅助的晶相定向生长技术；② 表面氧空位与晶格氧活性的协同调控机制；③ 基于表面化学性质的硫中间体吸附-氧化动力学优化。这些技术突破不仅适用于H?S氧化领域，更为开发其他气体转化催化剂（如CO?还原、NO氧化等）提供了普适性方法论指导。

未来研究方向可聚焦于：① 开发多级孔道结构催化剂以提升传质效率；② 研究催化剂表面金属-氧-碳复合活性位点的作用机制；③ 优化催化剂的机械强度以适应工业反应器要求。该成果已申请国家发明专利（专利号：ZL2023XXXXXX.X），相关技术指标已通过中石化环境研究院的中试验证，预计在2025年可实现产业化应用。