Styren, kemikalien som används för att tillverka polymerer och hartser som används i plast, engångsbehållare, latex, syntetiskt gummi, isolering och mer, finns överallt i vardagen.

Med tanke på dess utbredning och betydelse är en låg kostnad, energieffektiv och miljömässigt hållbar produktionsmetod avgörande. Den traditionella – och för närvarande vanligaste – metoden att framställa den genom dehydrering av etylbensen har dock nackdelar inom dessa områden:Den kräver överhettad ånga eller resulterar i en brist på exakt kontroll av strukturens enhetlighet hos katalysatorer.

Nu har ett team av forskare under ledning av Hongyang Liu från den kinesiska vetenskapsakademins institut för metallforskning utvecklat en metod för etylbensendehydrering under syrefria förhållanden med helt exponerade platina (Pt) klusterkatalysatorer som resulterar i de positiva egenskaperna av hög aktivitet, selektivitet och stabilitet, samt lägre energi- och finansiella kostnader. Resultaten kommer att publiceras den 10 juli i Nano Research .

"Vi har förberett helt exponerade Pt-klusterkatalysatorer genom att utnyttja koldefekterna på ytan av grafenstödet och den fysiska segregeringen av atomärt dispergerat tenn (Sn)," säger Liu, som också är utsedd vid University of Science and Technology i Kina. . "De helt exponerade Pt-klustren kan främja desorptionen av målprodukten styren, vilket gör att den uppvisar högre dehydreringsaktivitet och stabilitet än Pt-nanopartiklars katalysatorer."

Däremot ägde en vanlig tidigare metod för etylbensendehydrering rum över järnoxidbaserade katalysatorer, krävde höga temperaturer som resulterade i kolavsättning och krävde överskott av överhettad ånga. För att övervinna detta har forskare använt enatomskatalysatorer (SAC) och helt exponerade klusterkatalysatorer (FECCS).

"SAC och FECC levererar ett brett utbud av atomspridning och full utnyttjandeeffektivitet av metallerna, vilket kan ge ökad aktivitet och har fått ett stort intresse," sa Liu. "Särskilt de aktiva platserna för FECC innehåller i allmänhet olika kombinationer av flera metallatomer och är lämpliga för att katalysera reaktanter som behöver ensemble metallplatser."

SAC och FECC har dock sina egna begränsningar, inklusive oprecis kontroll av strukturens enhetlighet hos FECC och aggregation av metallatomer till metallkluster eller nanopartiklar orsakade av deras höga ytenergi och termodynamiska instabilitet när de utsätts för höga temperaturer.

Medan andra forskare har strävat efter att designa FECC med hög aktivitet och hög stabilitet som är lämpliga för högtemperaturreaktioner såsom etylbensendehydrering, som detta team av forskare gjorde, använde tidigare studier icke-ädelmetalloxider eller kolmaterial för katalysatorer, som kräver hög energi och vattenförbrukning och ger låg aktivitet. Energiförbrukningen kan åtgärdas genom oxidation av processen, men det leder till låg selektivitet och faror med brandfarliga blandningar.

"I vår forskning använde vi atomärt dispergerade Sn-dekorerade nanodiamant/grafenstödda helt exponerade Pt-klusterkatalysatorer för etylbensen-dehydrering under syrefria förhållanden, som uppvisade hög aktivitet, selektivitet och stabilitet jämfört med tidigare katalysatorer, vilket öppnade en ny väg för att designa stabila atomärt spridda metallkatalysatorer," sa Liu. "Vi fick bra katalytisk prestanda vid alkandehydrering."

En annan del av dragningskraften med denna metod, enligt forskarna, är dess förmåga att anpassas till andra typer av katalysatorer.

"Ruthenium-, rodium- och iridiumkatalysatorer framställdes med samma beredningsmetod, och alla visade god katalytisk prestanda vid direkt dehydrering av etylbensen, vilket indikerar att den effektiva katalysatordesignmetoden som föreslås i detta dokument är universell," sa Liu. "Katalysatordesignmetoden ger en ny idé för att designa effektiva atomärt dispergerade metallalkandehydreringskatalysatorer."

Forskarna säger att de kommer att fortsätta att utveckla designmetoderna och tillämpningarna av atomiskt dispergerade metallkatalysatorer i denna forskning, inklusive multimetaller, olika reaktioner, praktiska tillämpningar och mer. + Utforska vidare

Högbelastande atomärt dispergerad Ir/MoC-katalysator för hydreringsreaktion