Fe-ZSM-5催化剂在多个反应中展现出优异的性能，具体表现为高活性、高选择性、良好的抗积碳性能以及高水热稳定性，以下是对其性能的详细归纳：

一、高活性与选择性

• 甲烷氧化：Fe-ZSM-5在甲烷氧化反应中表现出高活性和选择性。例如，通过无模板有机合成策略制备的Fe-ZSM-5（Fe-HZ5-TF）在75℃下用0.5M H₂O₂选择性氧化甲烷时，产生了创纪录的高C1含氧化合物产率，为109.4 mmol gcat⁻¹ h⁻¹，HCOOH选择性为91.1%。

• 甲醇脱水：Fe-ZSM-5在甲醇脱水制二甲醚的反应中也表现出高活性。通过酸碱协同作用，Fe-ZSM-5能够在较低温度下实现高转化率和高选择性。

• 甲烷直接转化制备乙酸：通过构建ZSM-5负载的二核Fe位点催化剂（Fe-BN/ZSM-5），成功应用于甲烷直接转化高选择性制备乙酸。在低至30℃条件下，Fe-BN/ZSM-5展现了高达89%的含氧产物选择性，且含氧产物中的CH₃COOH含量高达66%。

二、抗积碳性能

• Fe-ZSM-5在催化反应中表现出良好的抗积碳性能。例如，在甲醇脱水制二甲醚的反应中，Fe-ZSM-5催化剂连续运行500小时以上，催化活性和选择性保持不变，且未产生积碳。

• 通过研磨法合成的Fe/ZSM-5催化剂在甲烷脱氢芳构化反应中也表现出较强的抗积碳性质。这种铁亚氧化物能够免于烧结/团聚，从而在催化反应中抑制形成积碳。

三、水热稳定性

• Fe-ZSM-5催化剂具有高水热稳定性。例如，采用原位晶化的方法制备的FeZSM-5/RaneyFe复合材料用作选择性还原废气排放中氮氧化物的催化剂时，表现出常规ZSM-5无法比拟的水热稳定性。

四、活性位点与反应机理

• Fe-ZSM-5的活性位点主要是单核铁物种，这些活性位点与沸石骨架中的铝对结合，形成独特的催化活性中心。例如，在甲烷选择性氧化反应中，活性位点是[(H₂O)₃Fe(IV)形式的单核Fe]²⁺与沸石骨架中的Al对结合。

• Fe-ZSM-5的催化反应机理涉及自由基驱动的途径。例如，在甲烷选择性氧化反应中，自由基驱动的途径可以解释单核Fe位点的CH₄活化以及随后转化为C1含氧化合物。